BRPI1014648B1

BRPI1014648B1 - processo e dispositivo para alimentar uma câmara de combustão de turbomáquina com uma vazão de combustível regulada

Info

Publication number: BRPI1014648B1
Application number: BRPI1014648-2A
Authority: BR
Inventors: Laurent Gilbert Yves Hodinot; Céline Marie Anne Issert; Pascal Laurent Marly
Original assignee: Snecma
Priority date: 2009-04-29
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2020-07-28
Also published as: CN102439274B; RU2011148429A; WO2010125273A1; US9091217B2; CA2760378A1; JP5551238B2; BRPI1014648A2; FR2945075A1; JP2012525533A; US20120042657A1; EP2425109A1; CN102439274A; RU2525362C2; CA2760378C; FR2945075B1; EP2425109B1

Abstract

PROCESSO E DISPOSITIVO PARA ALIMENTAR UMA CÂMARA DE COMBUSTÃO DE TURBOMÁQUINA COM UMA VAZÃO DE COMBUSTÍVEL REGULADA. Uma vazão controlada de combustível de alta pressão é fornecida a uma câmara de combustão (16) via válvula de posição comandada (20) e uma válvula de chapeleta (40) de corte em parada e de pressurização de abertura variável. Um valor representativo da vazão em massa real de combustível fornecida é calculado por uma unidade de calculo (60) a partir de informações representativas da diferença de pressão (Delta)P entre entrada e saída da válvula de chapeleta (40) e da seção de passagem através da válvula de chapeleta por exemplo traduzida pela posição X da gaveta da válvula de chapeleta.A válvula (20) em função da diferença entre o valor calculado representativo da vazão em massa real e um valor representativo de uma vazão em massa desejada.

Description

Plano de fundo da invenção

[0001] A invenção se refere à regulação da vazão de combustível fornecido a uma câmara de combustão de turbomáquina. A invenção é aplicável a todos os tipos de turbomáquinas, a saber notadamente turbinas aeronáuticas e turbinas terrestres industriais.

[0002] Um dispositivo de regulação de vazão clássico bem conhecido é representado na figura 1 de modo bastante esquemático no caso por exemplo de uma turbomáquina de avião.

[0003] Um circuito de combustível de baixa pressão 1 fornece a uma bomba de alta pressão 2 combustível retirado em um reservatório por uma bomba de baixa pressão. A saída da bomba de alta pressão 2 é ligada a um dosador 3 que tem uma gaveta da qual a posição é comandada por uma servoválvula eletro-hidráulica 3a para ajustar a seção de passagem através do dosador. Uma válvula de derivação 4 por exemplo aferida por uma mola tem aberturas ligadas diretamente à entrada e à saída do dosador 3 para manter uma diferença de pressão dP constante entre essa entrada e essa saída de modo que a vazão através do dosador é função da seção de passagem. A válvula de derivação 4 é montada em um laço de recirculação 5 para derivar na direção do circuito de combustível de baixa pressão 1 o combustível fornecido em excesso pela bomba de alta pressão, pois seu regime é ligado àquele da turbomáquina.

[0004] Uma unidade de comando eletrônica 6, geralmente integrada à unidade de regulação eletrônica da turbomáquina, comanda a servoválvula 3a para submeter a posição da gaveta do dosador, tal como detectada por um sensor 3b, a uma posição de referência determinada em função da vazão desejada. O combustível de alta pressão na saída da bomba é também utilizado como fluido hidráulico de servocomando para diferentes equipamentos da turbomáquina, notadamente a servoválvula 3a que tem uma abertura de alta pressão que recebe o combustível de alta pressão via um reaquecedor 7 e uma abertura de baixa pressão ligada ao circuito de combustível de baixa pressão 1. O reaquecedor 7 é tipicamente um trocador de calor combustível/óleo. Ele permite eliminar a presença de orvalho congelado eventual no combustível utilizado para o servocomando e resfriar o óleo de lubrificação utilizado na turbomáquina.

[0005] A saída do dosador 3 é ligada à câmara de combustão 8 equipada com injetores via um obturador de corte 9 por exemplo comandado por uma válvula solenoide 9a. O obturador 9 é um obturador de corte em parada e de pressurização eventualmente utilizada para a proteção da turbomáquina contra as sobrevelocidades. A válvula solenoide 9a é comandada pela unidade de comando 6 para fechar o obturador 9 quando exigido. Um sensor de proximidade 9b fornece à unidade de comando 6 uma informação representativa do estado fechado ou aberto do obturador. Uma segunda válvula de derivação poderia em variante ser inserida entre o dosador e o obturador de corte em parada sendo para isso comandado por uma válvula solenoide ou uma servoválvula de sobrevelocidade para derivar a vazão injetada em caso de sobrevelocidade detectada.

[0006] Um dispositivo de regulação de vazão de combustível trazido a um motor de turbina a gás com dosador, válvula de derivação que mantém uma diferença de pressão constante entre a entrada e saída do dosador e obturador de corte e de pressurização a jusante do dosador é descrito no documento WO 03/023208.

[0007] O comando da seção de passagem do dosador sob diferença de pressão constante permite regular uma vazão volumétrica.

[0008] A fim de melhorar a precisão de regulação fornecendo para isso uma vazão em massa controlada, uma consideração da variação da densidade do combustível em função da temperatura é desejável. Para isso, é conhecido equipar a gaveta do dosador com uma haste feita de um material escolhido por ter um coeficiente de dilatação térmica próprio para compensar a variação de massa volumétrica do combustível, uma ligeira variação da seção de passagem sendo assim obtida em função da temperatura para uma mesma posição detectada da gaveta. É conhecido também pelo documento WO 99/35385 levar em consideração a variação de densidade do combustível em função da temperatura pela utilização de discos bimetálicos sobre os quais se apóia a mola de aferição da válvula de derivação associada ao dosador.

[0009] Por outro lado, o documento US 2008/0163931 descreve a medição da vazão em massa de combustível com o auxílio de um dispositivo que permite uma medição em função da queda de pressão através do dispositivo, da seção de passagem de combustível através do dispositivo e da massa volumétrica de combustível. O dispositivo de medição é montado na saída de um grupo de bombeamento e a regulação da vazão em massa é realizada por comando de uma válvula de abertura variável com o auxílio de um laço de servocomando que recebe informações representativas da vazão em massa desejada e da vazão em massa medida. Um obturador de corte em parada é por outro lado previsto. Objeto e resumo da invenção

[0010] A invenção tem como objetivo melhorar ainda mais a precisão da regulação da vazão de combustível ao mesmo tempo em que permite simplificar a arquitetura do conjunto de regulação e de corte.

[0011] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, esse objetivo é atingido graças a um processo que compreende: -o fornecimento de combustível de alta pressão com o auxílio de uma bomba de alta pressão que recebe combustível de um circuito de combustível de baixa pressão, -o fornecimento, por uma unidade de regulação de vazão ligada à saída da bomba de alta pressão, de uma vazão controlada de combustível de alta pressão, via uma válvula de posição comandada e um obturador de corte em parada e de pressurização de abertura variável, processo no qual: -um valor representativo da vazão em massa real de combustível fornecido à câmara de combustão é calculado por uma unidade de cálculo a partir de informações representativas da diferença de pressão entre entrada e saída do obturador e da seção de passagem através do obturador, e -a válvula tem uma posição variável comandada pela unidade de calculo em função da diferença entre o valor calculado representativo da vazão em massa real e um valor representativo de uma vazão em massa desejada.

[0012] Uma precisão de regulação aumentada é trazida pela medição da vazão em massa real do combustível que permite submeter essa vazão a um valor desejado.

[0013] Por outro lado, para a medição da vazão em massa real, é utilizada um obturador de corte em parada e de pressurização. Assim, as funções de regulação de vazão de combustível e de corte em parada e pressurização são asseguradas por uma válvula de posição comandada associada a um obturador de abertura variável, portanto com uma arquitetura simplificada em relação àquela de um dispositivo da arte anterior tal como aquele da figura 1, visto que é feita a economia do dosador clássico. O mesmo obturador pode também ser utilizada para a função de proteção de sobrevelocidade sendo para isso comandada em fechamento em caso de detecção de sobrevelocidade da turbomáquina.

[0014] De acordo com uma particularidade do processo, o valor representativo da vazão em massa real Wf é calculado de acordo com a formula

na qual K é um coeficiente do qual o valor é função notadamente da seção de passagem através do obturador, p é a massa volumétrica do combustível que atravessa o obturador e AP é a diferença de pressão entre a entrada e a saída do obturador.

[0015] A informação representativa da seção de passagem através do obturador pode ser fornecida por detecção da posição X de uma gaveta do obturador.

[0016] De acordo com um modo de realização do processo, uma informação representativa da temperatura T do combustível que atravessa o obturador é fornecida à unidade de cálculo e o valor de K é determinado em função da posição X e da temperatura T.

[0017] É possível utilizar um densímetro para fornecer à unidade de cálculo uma informação representativa da massa volumétrica p do combustível que atravessa o obturador, o densímetro fornecendo também de preferência uma informação representativa da temperatura T do combustível que a atravessa.

[0018] Será notado que para um cálculo preciso da vazão em massa real, a informação representativa da temperatura T e/ou a informação representativa da massa volumétrica p do combustível que atravessa o obturador são retiradas na proximidade do obturador, de preferência o mais próximo possível dessa última, a jusante ou a montante no sentido de circulação do combustível.

[0019] De acordo com um outro modo de realização, a posição X da gaveta do obturador é fornecida por um sensor de posição associado a uma haste solidária da gaveta, e a haste é feita de um material escolhido por ter um coeficiente de dilatação térmica tal que a influência da temperatura sobre a massa volumétrica do combustível que atravessa o obturador é substancialmente compensada pela influência da temperatura sobre a posição da gaveta que determina a seção de passagem no obturador.

[0020] Vantajosamente, uma posição de referência da válvula é determinada pela unidade de cálculo em função da diferença entre os valores representativos da vazão em massa real do combustível e da vazão em massa desejada, e uma informação representativa da posição real da válvula é fornecida à unidade de cálculo para submeter essa posição real à posição de referência determinada.

[0021] De acordo com uma outra particularidade, um corte da alimentação em combustível pode ser comandado por condução da válvula para uma posição para a qual substancialmente todo o combustível recebido da bomba de alta pressão é derivado para o circuito de combustível de baixa pressão. As funções de corte em parada em caso de paralisação normal ou de extinção de câmara de combustão podem portanto ser integradas facilmente em complemento das funções de regulação de vazão em massa, de pressurização e de corte em caso de sobrevelocidade.

[0022] De acordo com um outro aspecto, a invenção visa também um dispositivo de regulação de vazão próprio para executar o processo definido antes.

[0023] Esse objetivo é atingido com um dispositivo que compreende: -uma bomba de alta pressão própria para receber na entrada combustível de um circuito de combustível de baixa pressão e para fornecer na saída combustível de alta pressão, -uma unidade de regulação de vazão ligada na saída da bomba de alta pressão e que compreende uma válvula de posição variável comandada, e -um obturador de corte em parada e de pressurização de abertura variável disposto para ser atravessado pela vazão de combustível de alta pressão destinado a ser fornecido à câmara de combustão, dispositivo no qual: -o obturador é associado a sensores próprios para fornecer uma informação representativa da diferença de pressão entre entrada e saída do obturador e uma informação representativa da posição de uma gaveta móvel do obturador que determina a seção de passagem através do obturador, e -uma unidade de cálculo ligada aos ditos sensores é própria para calcular um valor representativo da vazão em massa real de combustível que atravessa a obturador a partir notadamente das informações representativas da diferença de pressão entre entrada e saída da obturador e da posição da gaveta móvel da obturador, e para comandar a posição da válvula em função de uma diferença entre a vazão em massa real e uma vazão em massa de referência, a fim de tender a anular essa diferença.

[0024] O obturador pode também constituir o obturador de corte em caso de sobrevelocidade.

[0025] De acordo com um modo de realização do dispositivo, ele compreende um sensor próprio para fornecer à unidade de cálculo uma informação representativa da temperatura do combustível que atravessa o obturador.

[0026] O dispositivo pode compreender um densímetro próprio para fornecer à unidade de cálculo uma informação representativa da massa volumétrica do combustível que atravessa o obturador assim eventualmente como uma informação representativa da temperatura do combustível que atravessa o obturador.

[0027] De acordo com um outro modo de realização do dispositivo, a gaveta do obturador é munida de uma haste que opera junto com o sensor de posição e que é realizada em um material que apresenta um coeficiente de dilatação térmica próprio para compensar substancialmente a influência da temperatura sobre a massa volumétrica do combustível que atravessa o obturador.

[0028] De acordo com uma particularidade do dispositivo, um sensor de posição é associado à válvula para fornecer à unidade de cálculo uma informação representativa da posição real da válvula e a unidade de cálculo é própria para submeter a posição real da válvula a uma posição de referência calculada em função da diferença entre as vazões em massa real e desejada.

[0029] Vantajosamente, a válvula é munida de uma mola que define um limite de pressurização mínimo do combustível inferior à pressão de abertura do obturador que forma obturador de corte em parada e de pressurização.

[0030] A posição da válvula pode ser comandada por uma servoválvula eletro-hidráulica ou por um motor elétrico. Nesse último caso, não é necessário dispor de combustível como fluido hidráulico de servocomando para comandar a posição da servoválvula. O circuito de fluido hidráulico, que habitualmente compreende um filtro e um reaquecedor, pode portanto ser omitido, na medida em que o acionamento de outras partes móveis (ou geometria variáveis) da turbomáquina não exige fluido hidráulico, sendo por exemplo realizado eletricamente.

[0031] De acordo com um modo de realização vantajoso do dispositivo, ele compreende por outro lado um suporte de registro de dados no qual são estocadas informações representativas de funções características especiais de componentes do dispositivo e próprias para ser lidas pela unidade de cálculo.

[0032] A unidade de cálculo pode ser integrada à unidade de regulação elétrica da turbomáquina. Assim, dispersões de fabricação de componentes de um dispositivo a um outro podem ser levadas em consideração sem modificação dos meios de cálculo.

[0033] Em variante, a unidade de cálculo é uma unidade de cálculo local dedicada na qual são estocadas informações representativas de funções características especiais de componentes do dispositivo, a unidade de cálculo podendo realizar localmente os cálculos para medição e regulação da vazão em massa de combustível.

Breve descrição dos desenhos

[0034] Outras particularidades e vantagens de um processo e de um dispositivo de acordo com a invenção se destacarão com a leitura da descrição feita abaixo, a título indicativo mas não limitativo. Será feito referência aos desenhos anexos nos quais: -a figura 1, já descrita, ilustra bastante esquematicamente um dispositivo conhecido de alimentação em combustível e de corte para uma turbomáquina; -a figura 2 mostra esquematicamente um modo de realização de um dispositivo de acordo com a invenção; -a figura 3 mostra curvas que representam exemplos de variação de um coeficiente K utilizado para o cálculo de vazão em massa em função da posição X de um obturador e da temperatura T do combustível; e -as figuras 4, 5 r 6 são vistas que mostram esquematicamente outros modos de realização da invenção.

Descrição detalhada de modos de realização da invenção

[0035] Um modo de realização de um dispositivo de acordo com a invenção será agora descrito em referência à figura 2, no caso de uma aplicação em uma turbomáquina para avião.

[0036] Combustível de baixa pressão (BP) é fornecido por um circuito 10 de combustível de baixa pressão na entrada de uma bomba de alta pressão 12. O circuito 10 é alimentado com combustível que provém de um reservatório do avião com o auxílio de uma bomba de baixa pressão (não representada). No exemplo ilustrado, a bomba de alta pressão 12 é uma bomba volumétrica de engrenagens que é acionada por uma caixa de relê de acessórios acoplada mecanicamente a uma árvore de turbina da turbomáquina, de modo bem conhecido em si. A bomba 12 fornece assim em sua saída combustível de alta pressão (HP) a uma vazão que é função do regime da turbomáquina.

[0037] No circuito 14 de combustível HP entre a saída da bomba 12 e a câmara de combustão 16 com seus injetares são montados uma válvula 20 de posição variável comandada e um obturador 40 de abertura variável.

[0038] A válvula 20 é aqui uma válvula de derivação que compreende uma gaveta ou válvula de regulação 22 cuja posição determina a fração da vazão de combustível recebido da bomba que é transmitida para o obturador 40, a fração restante em excesso sendo derivada para o circuito 10 de combustível de baixa pressão por um conduto 24.

[0039] A posição da gaveta 22 é comandada por uma servoválvula eletro-hidráulica 20 que tem saídas de comando ligadas a câmaras da válvula 20, de um lado e de outro da gaveta e que tem uma abertura de alta pressão que recebe combustível HP e uma abertura de baixa pressão ligada ao circuito 10 de combustível BP. O combustível é utilizado como fluido hidráulico de servocomando e o combustível HP é trazido à servoválvula 30 via um filtro 32 e um reaquecedor 34 que funciona por troca térmica com óleo de lubrificação da turbomáquina. A servoválvula 30 é comandada eletricamente pela unidade de cálculo 60 que fornece um sinal de excitação a um enrolamento de comando 36 da servoválvula. Uma mola 25 é integrada à válvula 20 para definir na partida um limite de pressurização mínimo que permite notadamente que a servoválvula 30 comande a válvula 20.

[0040] Vantajosamente, um sensor de posição 26 fornece à unidade de cálculo 60 uma informação Y representativa da posição da válvula 20. O sensor 26 é por exemplo um sensor indutivo de tipo LVDT (“Linear Variable Differential Transformer”) que funciona em combinação com uma haste 28 solidária da gaveta 22, de modo em si bem conhecido.

[0041] O obturador 40 de abertura variável apresenta uma seção de passagem para o combustível que é função da posição X de uma gaveta 42 que forma êmbolo. A gaveta 42 é solicitada por uma mola 44 para sua posição de fechamento do obturador 40, o grau de abertura sendo portanto função da pressão do combustível na entrada do obturador 40. A seção de passagem do obturador 40 é de preferência definida para minimizar a faixa de diferença de pressão entre entrada e saída.

[0042] Um sensor de posição 46, por exemplo de tipo LVDT, funciona em combinação com uma haste 48 solidária da gaveta 42 para fornecer a uma unidade de cálculo 60 uma informação representativa da posição X da gaveta 42.

[0043] Um outro sensor 50 é ligado à entrada e à saída do obturador 40 para fornecer à unidade de cálculo 60 uma informação representativa da diferença de pressão AP entre entrada e saída do obturador 40.

[0044] Por outro lado, um densímetro 52 é montado no circuito de combustível HP para fornecer à unidade de cálculo 60 uma informação representativa da massa volumétrica p do combustível que atravessa o obturador 40. O densímetro 52 é disposto na proximidade do obturador 40, por exemplo imediatamente a sua saída. Vantajosamente, o densímetro compreende uma sonda de temperatura para fornecer à unidade de cálculo 60 uma informação representativa da temperatura T do combustível que atravessa o obturador 40. Seria possível também utilizar um sensor de temperatura distinto do densímetro.

[0045] O densímetro 52 é por exemplo munido de uma sonda que fornece um sinal representativo da permissividade E do combustível a partir da medição de capacidade elétrica entre vários tubos concêntricos colocados no núcleo do escoamento do combustível. O sinal representativo da permissividade E constitui a informação representativa da massa volumétrica p. De fato, conhecendo a temperatura Tea permissividade E, o tipo de combustível pode ser reconhecido pela unidade de cálculo 60 a partir de ábacos pré-registrados que dão, para diferentes tipos de combustível, o valor da permissividade em função da temperatura. O tipo de combustível sendo identificado, a massa volumétrica p pode então ser calculada a partir de curvas pré-registradas que dão, para diferentes tipos de combustível, a massa volumétrica p em função da temperatura. Outros tipos conhecidos de densímetros poderiam ser utilizados.

[0046] Vantajosamente, o obturador 40 constitui o obturador de corte em parada e de pressurização. O obturador 40 compreende uma câmara 40a situada no lado da gaveta 42 que é submetida à ação da mola 44 e que é oposto ao lado submetido ao fluxo de combustível que penetra no obturador. A câmara 40a tem uma primeira abertura ligada ao circuito de combustível BP através de um diafragma 41 e uma segunda abertura ligada ao circuito de combustível HP via uma válvula solenoide 54 comandada pela unidade de regulação eletrônica 62.

[0047] Quando a válvula solenoide 54 é aberta, a colocação na lata pressão da câmara 40a provoca, com a assistência da mola 44, o fechamento do obturador 40 de encontra à pressão do combustível em sua entrada.

[0048] Quando a válvula solenoide está fechada (posição normal), a colocação na baixa pressão da câmara 40a permite a abertura do obturador 40 de encontra à força de solicitação exercida pela mola 44. A mola 44 é aferida para definir um limite mínimo de pressurização do combustível a partir do qual a alimentação dos injetares da câmara de combustão é permitida. Será notado que, na válvula 20, a mola 25 é aferida a um valor de pressurização suficiente para permitir que o combustível seja utilizado como fluido hidráulico de servocomando, mas inferior ao limite de abertura da obturador 40. Como é bem conhecido, a pressurização do combustível é útil para permitir sua utilização como fluido hidráulico para o acionamento de diferentes partes móveis, ou geometrias variáveis, da turbomáquina.

[0049] A regulação da vazão em massa do combustível fornecido à câmara de combustão é realizada do modo seguinte.

[0050] O valor Wf da vazão em massa real de combustível que atravessa o obturador 40 é calculado pela unidade de cálculo 60 por aplicação da fórmula seguinte derivada da lei de Bernoulli:

na qual K é um coeficiente que é função da seção de passagem através do obturador.

[0051] O valor de K pode ser na prática determinado em função da posição X da gaveta 42 e da temperatura T que influenciam ambas o valor da seção de passagem.

[0052] Curvas ou tabelas que representam as variações de K em função de X e de T podem ser pré-estabelecidas por ensaios no banco utilizando-se para isso um medidor de vazão em massa e fazendo-se variar por incrementos a posição X, os valores de p e de T sendo conhecidos. A eventual influência do número de Reynolds sobre K pode ser levada em consideração. Obtém-se desse modo curvas tais como aquelas da figura 3 que ilustram o aspecto de variação K em função da posição X para diferentes temperaturas TO, T1, T2 para um obturador dada que tem aqui uma seção de passagem que varia de modo substancialmente exponencial em função da posição X. Essas curvas sendo registradas, o valor de K pode ser deduzido a partir de X e de T, permitindo assim calcular a vazão em massa real Wf através do obturador 40 a partir dos valores medidos de X, T, p e AP.

[0053] O servocomando do valor real Wf da vazão em massa a um valor desejado que corresponde às condições de funcionamento da turbomáquina é efetuado por ação sobre a válvula 20.

[0054] Para isso, uma posição de referência da válvula 20 pode ser calculada pela unidade de cálculo 60 em função da diferença entre vazão em massa real calculada e vazão em massa desejada. A relação entre, por um lado, a posição Y da gaveta 22 da válvula 20 e, por outro lado, a fração da vazão de combustível HP recebida e efetivamente transmitida ao obturador 40 pode ser pré-estabelecida, por exemplo por ensaio, e pré-registrada. Essa relação pode também ser constatada e levada em consideração em tempo real pois é função das condições de funcionamento, tais como o regime da bomba, a pressão dentro da câmara de combustão, .... A servoválvula 30 é comandada pela unidade de regulação eletrônica 62 para levar a válvula 20 para a posição de referência. A presença do sensor 26 permite realizar um laço de servocomando para levar mais precisamente a posição real medida Y ao valor de referência.

[0055] É possível por uma rede corretora, a partir do conhecimento do valor relativo da diferença entre vazão em massa real calculada e vazão em massa desejada, comandar a servoválvula 30 para modificar a posição da válvula 20 por incrementos sucessivos até anular substancialmente essa diferença.

[0056] É possível calcular a corrente de referência a aplicar à servoválvula 30 em função da diferença entre a vazão em massa real calculada e a vazão em massa desejada, a relação entre a corrente aplicada à servoválvula 30 e a fração de vazão efetivamente transmitida ao obturador 40 sendo levada em consideração em tempo real pois é função de condições de funcionamento tais como, por exemplo, o regime (velocidade de rotação) da bomba 12 ou a pressão dentro da câmara de combustão.

[0057] No modo de realização acima, um densímetro é utilizado para fornecer à unidade de cálculo 60 informações representativas da massa volumétrica p e da temperatura T do combustível que atravessa o obturador 40.

[0058] E m variante, será possível utilizar um simples sensor de temperatura que dá a informação T desde que são pré-registradas e acessíveis pela unidade de cálculo 60 uma informação que identifica o tipo de combustível utilizado e informações que representam, para cada tipo de combustível, a variação de sua massa volumétrica em função da temperatura.

[0059] Com uma preocupação de redundância, a unidade de cálculo 60 pode ser duplicada, assim como a unidade de regulação eletrônica 62. Os enrolamentos de comando da servoválvula 30 e da válvula solenoide 54 assim como os sensores que dão as posições X e Y são então também duplicados.

[0060] Vantajosamente, a servoválvula 30 compreende um enrolamento de comando 38 que pode ser excitado por comando a partir do posto de comando para provocar uma paralisação normal da turbomáquina (corte em parada normal) colocando-se a válvula 20 em uma posição na qual a totalidade ou quase totalidade do combustível HP recebido da bomba 12 é derivada para o circuito de combustível BP 10. O obturador 40 se fecha então em razão da diminuição da pressão em sua entrada ligada à válvula 20.

[0061] O corte da alimentação em combustível pode também ser comandado pela unidade de regulação eletrônica 62 em caso de extinção de câmara (corte em parada extinção) por ação sobre a servoválvula 30 para colocar a válvula 20 em uma posição na qual a totalidade ou a quase totalidade do combustível HP recebido da bomba 12 é derivada para o circuito de combustível BP, o obturador 40 se fechando então.

[0062] Quando uma sobrevelocidade é detectada a partir da medição da velocidade de rotação de uma árvore de turbina da turbomáquina, a unidade de regulação 62 comanda a válvula solenoide 54 para o fechamento do obturador 40 e a corrente de comando da servoválvula 30 é anulada.

[0063] Assim, com simplesmente os componentes 20, 30, 40, 50, a unidade de cálculo 60 e a unidade de regulação eletrônica 62, combina-se as funções de regulação de vazão em massa, de corte em parada, de corte em sobrevelocidade e de pressurização para o acionamento das geometrias variáveis.

[0064] De acordo com uma particularidade vantajosa, as funções características unitárias pré-estabelecidas de componentes do dispositivo de regulação de vazão podem ser registradas em um suporte de informações digitais, por exemplo um componente RFID 64 associado fisicamente ao dispositivo.

[0065] Essas funções características unitárias compreendem pelo menos a relação que dá o valor K em função de X e eventualmente de T, e podem compreender também as funções de transferência dos sensores, quer dizer as relações entre os sinais fornecidos pelos sensores e os valores das grandezas detectadas tais como X, AP, p, T e Y, assim como, se for necessário, as relações entre X e a seção de passagem no obturador 40 e entre Y e a fração da vazão recebida pela válvula 20 que é transmitida (ou aquela que é derivada).

[0066] Quando o suporte de informações digitais é um componente RFID, a unidade de cálculo 60 é disposta para se comunicar com esse último, que ela seja ou não integrada à unidade de regulação eletrônica 62 da turbomáquina.

[0067] É possível, em variante, estocar essas informações digitais em uma memória da unidade de cálculo 60. Essa última pode então se ruma unidade de cálculo especial não integrada à unidade de regulação eletrônica da turbomáquina e associada localmente ao dispositivo de regulação de vazão correspondente.

[0068] Nesse último caso, a unidade de cálculo local pode efetuar o cálculo da vazão em massa real Wf a partir dos dados X, AP e daqueles fornecidos pelo densímetro e transmitir à unidade de regulação eletrônica 62 o valor de Wf, assim como eventualmente o dado T e aquele sobre o tipo de combustível, a unidade de regulação 62 elaborando então a posição de referência da gaveta da válvula 20. O conjunto formado pelo densímetro, pelo obturador de abertura variável, pelo sensor de diferença de pressão AP e pelo sensor de posição X pode constituir então, com uma unidade de cálculo local, um medidor de vazão em massa independente da unidade de regulação da turbomáquina. A posição de referência da gaveta da válvula 20 poderia também ser calculada pela unidade de cálculo local 60.

[0069] As informações digitais que representam funções características de componentes do dispositivo de regulação de vazão podem ser pré-estabelecidas na recepção de um equipamento que compreende os componentes em questão. Elas são por exemplo obtida por ensaios realizados nos componentes antes da colocação em serviço dos mesmos. É possível assim se liberar, ao nível dos cálculos efetuados pela unidade de cálculo 60 da dispersão de fabricação desses componentes para diferentes dispositivos de regulação, a fim de aumentar a precisão.

[0070] A figura 4 ilustra um modo de realização que se distingue daquele da figura 2 pelo fato de que não está previsto um densímetro.

[0071] Pode ser considerado que uma informação sobre o tipo de combustível utilizado e informações que representam a massa volumétrica por tipo de combustível a uma temperatura dada, por exemplo a temperatura média de utilização, são pré-registradas e são acessíveis pela unidade de cálculo 60.

[0072] A compensação da variação da massa volumétrica do combustível que atravessa o obturador 40 em função da temperatura pode ser efetuada utilizando-se para isso uma haste 48 feita de um material escolhido por ter um coeficiente de dilatação que permite uma tal compensação pelo menos de modo aproximativo. A massa volumétrica do combustível diminuindo quando a temperatura aumenta, é escolhido um material que provoca uma variação de comprimento de haste tal que, para uma posição X detectada, a seção de passagem aumente ligeiramente em função da temperatura. Como indicado no topo da descrição, um tal modo de compensação é conhecido em si. O material da haste 48 pode ser escolhido entre o alumínio, o aço inoxidável, o “Invar” (marca depositada), ....

[0073] Para uma posição X dada, é escolhido, por exemplo para o coeficiente K um valor pré-estabelecido para a temperatura média de utilização com o combustível mais corrente.

[0074] Exceto as diferenças mencionadas antes, a constituição e o funcionamento do dispositivo de regulação são similares àqueles do modo de realização da figura 2.

[0075] O modo de realização da figura 4 é simplificado em relação àquele da figura 2 mas o cálculo da vazão em massa real é ligeiramente menos preciso devido ao caráter aproximativo da compensação da variação da massa volumétrica em função da temperatura e da ausência de compensação da variação do coeficiente K em função da temperatura.

[0076] A figura 5 ilustra esquematicamente um modo de realização que se distingue daquele da figura 2 pelo fato de que a válvula de derivação 20 é acionada por motor elétrico 130 comandado pela unidade de cálculo 60.

[0077] O motor elétrico 130 pode ser um motor linear ou rotativo. Ele age sobre a posição da gaveta, ou válvula de regulação, da válvula para comandar a fração da vazão de combustível HP recebido da bomba 12 que é transmitida ao obturador 40 e aquela que é derivada para o circuito de combustível BP 10. A posição Y da válvula é fornecida por um sensor 126 que opera junto com uma haste 128 solidária da gaveta (não representada) da válvula 120.

[0078] A utilização de um motor elétrico no lugar de uma servoválvula eletro-hidráulica torna inútil a admissão de fluido hidráulico de servocomando da servoválvula. As seções de passagem das aberturas da câmara 40a do obturador 40 e da válvula solenoide 44 são suficientemente grandes para ser insensíveis à geada, de modo que filtro e reaquecedor podem ser omitidos se as outras geometrias variáveis da turbomáquina não são acionadas com o auxílio de fluido hidráulico, como é o caso se acionadores elétricos são utilizados.

[0079] Exceto as diferenças acima, a constituição e o funcionamento do dispositivo de regulação são semelhantes àqueles do modo de realização da figura 2. Seria possível por outro lado prever, no modo de realização da figura 5, uma medição de vazão em massa sem recorrer a um densímetro, como descrito em referência à figura 4.

[0080] Foram considerados antes casos em que o combustível HP é fornecido por uma bomba de alta pressão de tipo volumétrico.

[0081] A invenção é utilizável também no caso de uma bomba de alta pressão de tipo centrífuga, como mostrado na figura 6.

[0082] Na figura 6, a bomba centrífuga 112 fornece combustível de alta pressão à válvula 220 posicionada em série entre a bomba 112 e o obturador 40. A válvula 220 se distingue da válvula 20 da figura 2 ou 4 e da válvula 120 da figura 5 pelo fato de que ela não compreende retorno de combustível em excesso para o circuito de combustível BP 10. De acordo com a posição de sua gaveta 222, a válvula 220 estreita mais ou menos o recalque da bomba 112 que, por sua constituição, fornece uma pressão substancialmente constante qualquer que seja a vazão. A gaveta 22 é submetida à ação de uma mola de fechamento 225 e é solidária de uma haste 228 em operação conjunta com uma sensor de posição 226 para fornecer à unidade de cálculo uma informação representativa da posição Y da gaveta 222. O corte em parada normal é obtido por comando da válvula 220 em fechamento. Para o resto, o dispositivo de alimentação em combustível pode ser semelhante àquele da figura 2 ou da figura 4 ou da figura 5, a posição da válvula podendo ser comandada por servoválvula eletro-hidráulica ou motor elétrico e a medição da vazão em massa real de combustível podendo ser efetuada com ou sem o auxílio de um densímetro.

Claims

1. Processo para alimentar uma câmara de combustão de turbomáquina com uma vazão de combustível regulada, o processo compreendendo: -o fornecimento de combustível de alta pressão por meio de uma bomba de alta pressão que recebe combustível de um circuito de combustível de baixa pressão, -o fornecimento, por uma unidade de regulação de vazão ligada à saída da bomba de alta pressão, de uma vazão controlada de combustível de alta pressão, via uma válvula de posição comandada e um obturador de corte em parada e de pressurização de abertura variável, caracterizado pelo fato de que: -uma informação representativa da diferença de pressão entre a entrada e saída do obturador é provida por um sensor conectado à saída e à entrada do obturador de corte. -um valor representativo da vazão em massa real de combustível fornecido à câmara de combustão é calculado por uma unidade de cálculo a partir de informações representativas da diferença de pressão entre entrada e saída do obturador e da seção de passagem através do obturador, e -a válvula tem uma posição variável comandada pela unidade de calculo em função da diferença entre o valor calculado representativo da vazão em massa real e um valor representativo de uma vazão em massa desejada.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o valor representativo da vazão em massa real Wf é calculado de acordo com a formula

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a informação representativa da seção de passagem através do obturador é fornecida por detecção da posição X de uma gaveta do obturador.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma informação representativa da temperatura T do combustível que atravessa o obturador é fornecida à unidade de cálculo e o valor de K é determinado em função da posição X e da temperatura T.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a massa volumétrica p do combustível é avaliada em função da temperatura T e do tipo de combustível utilizado.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que é utilizado um densímetro para fornecer à unidade de cálculo uma informação representativa da densidade do combustível que atravessa o obturador.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que é utilizado um densímetro que fornece também uma informação representativa da temperatura T do combustível que atravessa o obturador.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a posição X da gaveta do obturador é fornecida por um sensor de posição associado a uma haste solidária da gaveta, e a haste é feita de um material escolhido por ter um coeficiente de dilatação térmica tal que a influência da temperatura sobre a massa volumétrica do combustível que atravessa o obturador é substancialmente compensada pela influência da temperatura sobre a posição da gaveta que determina a seção de passagem no obturador.

9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que uma posição de referência da válvula é determinada pela unidade de cálculo em função da diferença entre os valores representativos da vazão em massa real do combustível e da vazão em massa desejada, e uma informação representativa da posição real da válvula é fornecida à unidade de cálculo para submeter essa posição real à posição de referência determinada.

10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que um corte de alimentação em combustível é comandado por condução da válvula para uma posição para a qual substancialmente todo o combustível recebido da bomba de alta pressão é derivado para o circuito de combustível de baixa pressão.

11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que se mune a válvula com uma mola que define, na partida, um limite de pressurização que permite a utilização do combustível como fluido hidráulico de servocomando, o limite de pressurização sendo inferior à pressão de abertura do obturador que forma obturador de corte em parada e de pressurização.

12. Dispositivo para alimentar uma câmara de combustão de turbomáquina com uma vazão de combustível regulada que compreende: -uma bomba de alta pressão (12) própria para receber na entrada do combustível de um circuito de combustível de baixa pressão e para fornecer na saída combustível de alta pressão, -uma unidade de regulação de vazão ligada na saída da bomba de alta pressão e que compreende uma válvula de derivação (20) de posição variável comandada, e -um obturador (40) de corte em parada e de pressurização de abertura variável disposta para ser atravessada pela vazão de combustível de alta pressão destinado a ser fornecido à câmara de combustão, caracterizado pelo fato de que: -o obturador (40) é associado com um sensor (50) conectado a entrada e saída do obturador e próprio para fornecer uma informação representativa da diferença de pressão entre a entrada e saída do obturador, e com um sensor (46) próprio para fornecer informação representativa da posição de uma gaveta móvel do obturador que determina a seção de passagem através do obturador, e -uma unidade de cálculo (60) ligada aos ditos sensores é própria para calcular um valor representativo da vazão em massa real de combustível que atravessa o obturador a partir notadamente das informações representativas da diferença de pressão entre entrada e saída da obturador e da posição da gaveta móvel do obturador, e para comandar a posição da válvula em função de uma diferença entre a vazão em massa real e uma vazão em massa de referência, a fim de tender a anular essa diferença.

13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que ele compreende um sensor próprio para fornecer à unidade de cálculo uma informação representativa da temperatura do combustível que atravessa o obturador.

14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12 ou 13, caracterizado pelo fato de que ele compreende um densímetro (52) próprio para fornecer à unidade de cálculo uma informação representativa da massa volumétrica do combustível que atravessa o obturador.

15. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a gaveta do obturador é munida de uma haste que opera junto com o sensor de posição e que é realizada em um material que apresenta um coeficiente de dilatação térmica próprio para compensar substancialmente a influência da temperatura sobre a massa volumétrica do combustível que atravessa o obturador.

16. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 15, caracterizado pelo fato de que um sensor de posição (26) é associado à válvula (20) para fornecer à unidade de cálculo uma informação representativa da posição real da válvula e a unidade de cálculo é própria para submeter a posição real da válvula a uma posição de referência calculada em função da diferença entre as vazões em massa real e desejada.

17. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 16, caracterizado pelo fato de que a válvula (120) é comandada por um motor elétrico (130).

18. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a válvula (20) é munida de uma mola (25) que define um limite de pressurização mínimo do combustível inferior à pressão de abertura do obturador (40).

19. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 18, caracterizado pelo fato de que ele compreende por outro lado um suporte (64) de registro de dados no qual são estocadas informações representativas de funções características especiais de componentes do dispositivo e próprias para ser lidas pela unidade de cálculo (60).

20. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 19, caracterizado pelo fato de que a unidade de cálculo é integrada à unidade de regulação eletrônica (62) da turbomáquina.

21. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 19, caracterizado pelo fato de que a unidade de cálculo é uma unidade de cálculo local dedicada na qual são estocadas informações representativas de funções características especiais de componentes do dispositivo.