EP1688625A1 - Système de commande d'une pluralité de vannes de décharge d'une turbomachine - Google Patents
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- EP1688625A1 EP1688625A1 EP20060101162 EP06101162A EP1688625A1 EP 1688625 A1 EP1688625 A1 EP 1688625A1 EP 20060101162 EP20060101162 EP 20060101162 EP 06101162 A EP06101162 A EP 06101162A EP 1688625 A1 EP1688625 A1 EP 1688625A1
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Definitions
- the present invention relates to a control system of the discharge valves of a turbomachine and more particularly relates to a pneumatic box for activating a plurality of discharge valves.
- a turbomachine comprises a low pressure upstream compressor BP and a downstream compressor HP high pressure.
- the two compressors are axial and rotate at different speeds often requiring air sampling at their interface.
- discharge valves are opened to eject the excess air flow generated by the upstream which can not be absorbed by downstream.
- the activation or deactivation of the discharge valves is controlled by a control system integrated in the full authority digital control system (FADEC) of the turbomachine.
- FADEC full authority digital control system
- FIG. 5 illustrates an example of a control system 115 of discharge valves 109 of a turbomachine according to the prior art.
- This system 115 comprises an electronic control unit (ECU) 117 and a pneumatic control unit (SBU) 118 connected via control lines 145 to N relief valves 109.
- the pneumatic box 118 is equipped with N electro-valves 129a, 129b, 129n, one per relief valve 109.
- a deactivated (i.e. open) relief valve 109 corresponds to a rest position of the valve.
- the electronic control unit 117 supplies the associated electro-valve 129a, 129b, 129c which connects the high pressure air 137 to the output of the HP compressor. at the control line 145 of the relief valve 109.
- the relief valve 109 has a chamber 143 having a piston 147 acting against a spring 146.
- the piston 147 moves by compressing the spring 146 and the rod 148 of the piston moves a kinematic chain 149 which causes the closing of an air discharge channel 10 by an internal member 151 of the discharge valve 109.
- the electronic control unit 117 stops supplying the electro-valve 129a, 129b, 129c, which has the effect of connecting the chamber 143 of the piston to an ambient pressure 139.
- spring 146 then restores the piston 147 in the rest position to reopen the internal member 151 via the drive train 149.
- Another disadvantage is the fact that the system has no direct means for detecting the position of the relief valve 109 to identify a fault case (valve blocked open or closed). Indeed, in the current systems the failure detection is carried out by observing the behavior of the turbomachine, which reduces the time limit to take corrective action to prevent pumping. On the other hand, the maintenance assistance functions can not locate the fault relief valve 109 in fault.
- the present invention therefore proposes to overcome the aforementioned drawbacks by proposing a pneumatic box for activating a plurality of discharge valves of a turbomachine, the pneumatic box comprising activation outputs corresponding to the number of discharge valves forming said plurality of discharge valves, and a single control input receiving a single control signal from an electronic control unit, the control signal being adapted to act on a control coil of a distributor means whose outputs form said outputs activation.
- the pneumatic box uses a single control signal to control all the discharge valves. This reduces the load on the electronic control unit thus increasing the reliability and safety of the turbomachine.
- the distributor means comprises a piston-distributor separating a cavity communicating with the activation outputs, in a first zone at a first supply pressure and a second zone at a second supply pressure, so that the control coil, when it is fed by the control signal, causes a movement of said piston-distributor thus making it possible to connect a determined number of said activation outputs to said first supply pressure, the other outputs being connected to said second supply pressure .
- the piston-distributor is a distributor valve whose linear displacement amplitude is fixed by the control signal.
- the piston-distributor is a rotary piston whose angle of rotation is fixed by the control signal.
- the pneumatic box further comprises a feedback device comprising feedback inputs connected one by one to the plurality of discharge valves, the information feedback device transforming feedback of the plurality of discharge valves to a single information signal enabling the electronic control unit to determine an activation or deactivation state of each of the discharge valves.
- the feedback device allows the detection of faults and the location of any faulty discharge valve.
- each of the feedback inputs comprises a return piston switching according to the state of activation or deactivation of the valve which is connected to it, between a first resistive element and a second resistive element, the first resistive element having an identical resistance for all the return inputs and the second resistive element having a different resistance for each of the return inputs, the switching of the return piston of each of the feedback inputs for connecting one of the first and second resistive elements of each of the feedback inputs for forming an electrical circuit having an equivalent resistance the value of which indicates the actually activated discharge valves.
- the first supply pressure is a high pressure and the second supply pressure is an ambient pressure.
- the invention also relates to a control system comprising an electronic control unit, a plurality of discharge valves, and a pneumatic box according to the above characteristics so that each of the plurality of discharge valves comprises a chamber connected via a pneumatic control line at an output of said activation outputs, said chamber comprising a transmission piston whose displacement causes a movement of a kinematic chain causing the activation or deactivation of the corresponding discharge valve.
- the discharge valve is in an activated state when the corresponding activation output is connected to the high pressure, and in a deactivated state when the corresponding activation output is connected to the ambient pressure.
- the piston chamber of each of the plurality of discharge valves comprises a port at the end of the stroke of the piston for returning the high pressure air to the corresponding feedback input via a line back.
- the single control signal sent by the electronic control unit is a current whose intensity is modulated according to the number of discharge valves to be activated.
- all the discharge valves are in a deactivated state when the electronic control unit fails.
- the electronic control unit is further intended to determine the equivalent resistance of the electrical circuit by measuring the voltage across said electrical circuit.
- the invention also relates to a full authority digital control system of a turbomachine comprising a control system according to the above characteristics.
- FIG. 1 is a very schematic partial view of a turbomachine 1 comprising an upstream low pressure compressor (LP) and a high pressure downstream compressor (HP).
- FIG. 1A is a diagrammatic section at the interface between the two compressors 3 and 5 of FIG.
- a discharge device 7 comprising discharge valves 9 controlled in all or nothing, are distributed on the periphery of the turbomachine 1.
- These discharge valves are mounted on a double skin 11 enveloping the interface section of the two compressors 3, 5 forming a plenum cavity 13 of the air connected to an air evacuation channel 10.
- the stilling cavity 13 limits the disturbances in the flow vein of the air.
- the discharge device 7 can be composed of any number N of the discharge valves 9.
- the number N of the discharge valves 9 is between two and ten.
- FIG. 2 very schematically illustrates a control system comprising an electronic control unit 17, a plurality of discharge valves 9 of a turbomachine 1, and a pneumatic box 18 for activating the plurality of discharge valves 9.
- the pneumatic box 18 has activation outputs 19 corresponding to the number N of discharge valves 9 forming the plurality of discharge valves 9, that is to say that each activation output 19 corresponds to a discharge valve 9 .
- the pneumatic box 18 comprises a single control input 21 receiving a control signal 23 from a channel 25 of the electronic control unit 17.
- This control signal 23 is intended to act on a control coil 27 of the control unit 27.
- a distributor means 29 whose outputs form said activation outputs 19.
- the single control signal 23 sent by the electronic control unit 17 is a direct current whose intensity is modulated according to the number of discharge valves 9 to be activated. Thus, only one channel 25 of the electronic control unit 17 is sufficient to control all the discharge valves 9.
- the distributor means 29 comprises a chamber 31 forming a cavity 35 which communicates with the activation outputs 19 as well as with a first supply pressure 37 and a second supply pressure 39.
- the dispensing means 29 includes a distributor piston 41 which can separate the cavity 35 into a first zone 35a at the first supply pressure and a second zone 35b at the second supply pressure.
- the first supply pressure 37 is a high pressure and the second supply pressure 39 is an ambient pressure.
- the air output of the high pressure compressor 5 is taken as a high pressure supply source 37a, while the ambient pressure is a vent 39a.
- Each of the plurality of discharge valves 9 comprises a chamber 43 connected via a pneumatic control line 45 to one of the activation outputs 19.
- Each chamber 43 comprises a transmission piston 47 whose displacement causes a movement of a kinematic chain 49 acting on an internal member 51 causing the closing or opening of the conduit 10 that is to say, the activation or deactivation of the corresponding discharge valve 9.
- discharge valve 9 is in an activated state (closed valve) when the corresponding activation output 19 is connected to the high pressure 37 and is in a deactivated state (open valve) when the output of corresponding activation 19 is connected to the ambient pressure 39.
- the distributor-piston 41 is a distributor slide comprising a translation piston 41a connected to a counter-force spring 53.
- the translational piston 41a moves in a cylindrical distribution chamber 31 having a generator of a length proportional to the number N of valves of discharge 9.
- the inlet of the high-pressure air 37 is disposed at one end of the distribution chamber 31, while the inlet of the ambient-pressure air 39 is disposed at the other end of this chamber 31
- the activation outputs 19 are arranged at regular intervals between these two high pressure 37 and ambient pressure inputs 39.
- the amplitude of the linear displacement of the distributor slide 41 is fixed by the control signal 23 and its position is stabilized by the counter-force spring 53.
- a given position of the slide valve 41 corresponds to a given number of closed discharge valves 9.
- the position of the spool valve 41 is itself determined by the intensity of the current of the control signal 23. Consequently, the current command coming from the electronic control unit 17 makes it possible to close the number of required discharge valves 9 .
- the distributor slide 41 has a position allowing the closing of two discharge valves 9.
- the counter-force spring 53 brings the dispensing slide 41 to a position corresponding to the opening (deactivated state) of all the discharge valves 9, which prevents any pumping during the deceleration of the compressors.
- the electrical part of the distributor means 29 is redundant so that each channel of the electronic control unit 17 can control all the discharge valves 9 independently.
- FIG. 3 is a variant of FIG. 2, very schematically illustrating a control system of a plurality of discharge valves 9.
- the example of FIG. 3 differs from that of FIG. 2 in that the piston distributor is a rotary piston 41b which can rotating inside a distribution chamber 31 having a diameter of a length proportional to the number N of discharge valves 9.
- the single control signal 23 acts on the control coil 27 of the rotary piston 41b.
- the control coil 27 may in known manner be integrated with a stepper motor to act on the angular orientation of the rotary piston 41b.
- This rotary piston 41b is for example in the form of butterfly whose angular orientation corresponds to a given number of closed discharge valves 9.
- the inputs of the high pressure air 37 and at ambient pressure 39 are arranged diametrically opposite.
- the activation outputs 19 may be arranged at regular intervals over a circumferential half of the distribution chamber 31 between the high pressure 37 and ambient pressure 39 inputs.
- the rotation angle of the rotary piston 41b is itself determined by the intensity of the current of the control signal 23. Consequently, the current control coming from the electronic control unit 17 makes it possible to close the number of valves of discharge 9 wanted.
- FIG. 3 shows a rotary piston 41b having an angular orientation which allows the closure of a single discharge valve 9.
- FIG. 4 very schematically illustrates a control system 15 of a plurality of discharge valves 9 comprising a feedback device 53.
- the pneumatic box 18 of FIG. 4 differs from that of FIG. 2 or 3 in that it furthermore comprises an information feedback device 53 comprising connected pneumatic feedback inputs 55. one to one to the plurality of discharge valves 9.
- This feedback device 53 makes it possible to indicate an activation (closing) or deactivation (opening) state of each of the discharge valves 9. Therefore, any faulty discharge valve 9 can be immediately located.
- the feedback device 53 converts the pneumatic feedback of the plurality of discharge valves 9 into a single information signal 57 enabling the electronic control unit 17 to determine an activation state. or deactivating each of the discharge valves 9.
- each of the feedback inputs 55 comprises a return piston 59 switching according to the state of activation or deactivation of the discharge valve 9 connected to it, between a first resistive element 61 and a second resistive element 63.
- the first resistive element 61 has an identical resistor R0 for all the information feedback inputs 55.
- the second resistive element 63 has a different resistor R1, R2, ... Ri, ... RN for each of the information feedback inputs 55 and also different from that of the first resistive element 61, that is to say R0 ⁇ R1 ⁇ R2 ⁇ ... ⁇ Ri ⁇ ... ⁇ RN.
- the switching of the return piston 59 of each of the feedback inputs 55 makes it possible to connect one of the first and second resistive elements 61, 63 of each of the information feedback inputs 55 to one another in series with one another in series.
- electrical circuit 65 whose equivalent resistance indicates the actual state of activation of the discharge valves 9. It will be noted that the resistive elements of the electrical circuit 65 can also be connected in parallel.
- the electronic control unit 17 supplies electricity to the electrical circuit 65 which passes through the N switched resistances (one per valve) and measures, via an interface 67 of the pneumatic box 18, the voltage at the terminals of this electrical circuit 65 in order to determine the resistance equivalent of this circuit 65.
- the chamber 43 of the piston of each of the plurality of discharge valves 9 has an orifice 69 at the end of travel of the transmission piston 47 for returning the high pressure air to the corresponding input 55 of feedback information by the intermediate of a return line 71.
- the translation of the transmission piston 47 discovers at the end of the stroke the orifice 69 which returns high pressure air to the feedback device 53 through the dedicated return line 71.
- the return piston 59 of the inlet 55 is translated under the effect of the pressure and switches the resistance associated with the discharge valve 9 from R0 to R1. (Ri being the resistance of the second resistive element 63 of the input 55 of corresponding feedback).
- the resistance read by the electronic control unit 17 is then changed indicating the closure of the discharge valve 9.
- the default value of the resistance associated with a discharge valve 9 open is R0.
- the resistors are differentiated by discharge valve 9 to allow the immediate detection (within the response time of the electronic control unit 17) of a blockage of a discharge valve 9 and the location of this faulty valve 9 for subsequent maintenance operations.
- the electrical part of the feedback device 53 is redundant to allow each channel of the unit of electronic control 17, an independent reading, of the equivalent resistance of the electrical circuit 63.
- control system 15 makes it possible to control several discharge valves 9 of the all or nothing type by a single electrical signal 23.
- control system 15 makes it possible to reduce the number of electronic control circuits allocated to the control of discharge valves 9.
- the control system 15 also reduces the power consumption of the electronic control unit 17.
- control system 15 described above is integrated with a full authority digital control system (FADEC) of the turbomachine 1.
- FADEC full authority digital control system
Abstract
Description
- La présente invention se rapporte à un système de commande de vannes de décharge d'une turbomachine et elle concerne plus particulièrement un boîtier pneumatique d'activation d'une pluralité de vannes de décharge.
- D'une manière générale, une turbomachine comporte un compresseur amont basse pression BP et un compresseur aval haute pression HP. Les deux compresseurs sont axiaux et tournent à des régimes différents nécessitant souvent un prélèvement d'air au niveau de leur interface. Au ralenti, pour protéger le compresseur amont d'un pompage engendré par la désadaptation des régimes des deux compresseurs, des vannes de décharge sont ouvertes pour éjecter l'excès de débit d'air généré par l'amont qui ne peut pas être absorbé par l'aval.
- L'activation ou la désactivation des vannes de décharge est commandé par un système de commande intégré au système de régulation numérique pleine autorité (FADEC) de la turbomachine.
- La figure 5 illustre un exemple d'un système de commande 115 de vannes de décharge 109 d'une turbomachine selon l'art antérieur.
- Ce système 115 comporte une unité de commande électronique (ECU) 117 et un boîtier pneumatique de commande (SBU) 118 relié via des lignes de commandes 145 à N vannes de décharge 109. Le boîtier pneumatique 118 est équipé de N électro-robinets 129a, 129b, 129n, un par vanne de décharge 109.
- Une vanne de décharge 109 désactivée (c'est-à-dire ouvert) correspond à une position au repos de la vanne.
- Pour activer (c'est-à-dire fermer) une vanne de décharge 109, l'unité de commande électronique 117 alimente l'électro-robinet 129a, 129b, 129c associé qui connecte l'air haute pression 137 en sortie du compresseur HP, à la ligne de commande 145 de la vanne de décharge 109.
- La vanne de décharge 109 dispose d'une chambre 143 comportant un piston 147 agissant à l'encontre d'un ressort 146. Ainsi, lorsque la chambre 147 du piston est alimentée en air haute pression, le piston 147 se déplace en comprimant le ressort 146 et la tige 148 du piston déplace une chaîne cinématique 149 qui provoque la fermeture d'un canal d'évacuation d'air 10 par un organe interne 151 de la vanne de décharge 109.
- Pour rouvrir la vanne de décharge 109, l'unité de commande électronique 117 arrête l'alimentation de l'électro-robinet 129a, 129b, 129c, ce qui a pour effet de connecter la chambre 143 du piston à une pression ambiante 139. Le ressort 146 replace alors le piston 147 en position de repos pour rouvrir l'organe interne 151 via la chaîne cinématique 149.
- Ce système présente néanmoins de nombreux inconvénients. En effet, le système est assez complexe et les commandes des vannes de décharge 109 sollicitent fréquemment l'unité de commande électronique 117 qui par ailleurs est utilisée pour commander d'autres fonctions importantes de la turbomachine.
- Un autre inconvénient est le fait que le système ne dispose d'aucun moyen direct de détection de la position de la vanne de décharge 109 pour identifier un cas de panne (vanne bloquée ouverte ou fermée). En effet, dans les systèmes actuels la détection de défaillance est réalisée par l'observation du comportement de la turbomachine, ce qui réduit le délai imparti pour prendre une action de correction permettant de prévenir le pompage. D'autre part, les fonctions d'aide à la maintenance ne peuvent pas localiser la vanne de décharge 109 en défaut.
- La présente invention se propose donc de pallier les inconvénients précités en proposant un boîtier pneumatique d'activation d'une pluralité de vannes de décharge d'une turbomachine, le boîtier pneumatique comportant des sorties d'activation correspondant au nombre de vannes de décharge formant ladite pluralité de vannes de décharge, et une entrée unique de commande recevant un signal de commande unique d'une unité de commande électronique, le signal de commande étant destiné à agir sur un bobinage de commande d'un moyen distributeur dont les sorties forment lesdites sorties d'activation.
- Ainsi, le boîtier pneumatique fait appel à un seul signal de commande pour commander toutes les vannes de décharge. Ceci permet de réduire la sollicitation de l'unité de commande électronique augmentant ainsi la fiabilité et la sécurité de la turbomachine.
- De plus, il n'est plus besoin d'avoir un électro-robinet par vanne de décharge diminuant ainsi les coûts, la consommation électrique de l'unité de commande électronique, et l'encombrement du boîtier pneumatique.
- Le moyen distributeur comporte un piston-distributeur séparant une cavité communicant avec les sorties d'activation, en une première zone à une première pression d'alimentation et une seconde zone à une seconde pression d'alimentation, de sorte que le bobinage de commande, lorsqu'il est alimenté par le signal de commande, provoque un mouvement dudit piston-distributeur permettant ainsi de relier un nombre déterminé desdites sorties d'activation à ladite première pression d'alimentation, les autres sorties étant reliées à ladite seconde pression d'alimentation.
- Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le piston-distributeur est un tiroir distributeur dont l'amplitude du déplacement linéaire est fixé par le signal de commande.
- Selon un second mode de réalisation de l'invention le piston-distributeur est un piston rotatif dont l'angle de rotation est fixé par le signal de commande.
- Selon un aspect particulier de l'invention, le boîtier pneumatique comporte en outre un dispositif de retour d'information comprenant des entrées de retour d'information connectées une à une à la pluralité de vannes de décharge, le dispositif de retour d'information transformant le retour d'information de la pluralité de vannes de décharge en un signal unique d'information permettant à l'unité de commande électronique de déterminer un état d'activation ou de désactivation de chacune des vannes de décharge.
- Ainsi, le dispositif de retour d'information permet la détection de pannes et la localisation de toute vanne de décharge défaillante.
- Avantageusement, chacune des entrées de retour d'information comporte un piston de retour commutant selon l'état d'activation ou de désactivation de la vanne qui lui est connectée, entre un premier élément résistif et un second élément résistif, le premier élément résistif ayant une résistance identique pour toutes les entrées de retour et le second élément résistif ayant une résistance différente pour chacune des entrées de retour, la commutation du piston de retour de chacune des entrées de retour d'information permettant de connecter entre eux l'un des premier et second éléments résistifs de chacune des entrées de retour d'information pour former un circuit électrique ayant une résistance équivalente dont la valeur indique les vannes de décharge réellement activées.
- La première pression d'alimentation est une haute pression et la seconde pression d'alimentation est une pression ambiante.
- L'invention vise également un système de commande comportant une unité de commande électronique, une pluralité de vannes de décharge, et un boîtier pneumatique selon les caractéristiques ci-dessus de sorte que chacune de la pluralité de vannes de décharge comporte une chambre connectée via une ligne de commande pneumatique à une sortie desdites sorties d'activation, ladite chambre comportant un piston de transmission dont le déplacement engendre un mouvement d'une chaîne cinématique provoquant l'activation ou la désactivation de la vanne de décharge correspondante.
- La vanne de décharge est dans un état activé lorsque la sortie d'activation correspondante est reliée à la haute pression, et dans un état désactivé lorsque la sortie d'activation correspondante est reliée à la pression ambiante.
- Avantageusement, la chambre de piston de chacune de la pluralité de vannes de décharge comporte un orifice en fin de course du piston permettant de retourner l'air haute pression vers l'entrée de retour d'information correspondante par l'intermédiaire d'une ligne de retour.
- Le signal de commande unique envoyé par l'unité de commande électronique est un courant dont l'intensité est modulée en fonction du nombre de vannes de décharge à activer.
- Avantageusement, toutes les vannes de décharge sont dans un état désactivé lorsque l'unité de commande électronique est défaillante.
- L'unité de commande électronique est en outre destinée à déterminer la résistance équivalente du circuit électrique en mesurant la tension aux bornes dudit circuit électrique.
- L'invention vise aussi un système de régulation numérique pleine autorité d'une turbomachine comportant un système de commande selon les caractéristiques ci-dessus.
- D'autres particularités et avantages du procédé et du dispositif selon l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue partielle très schématique d'une turbomachine comportant deux compresseurs et un dispositif de décharge ;
- la figure 1A est une coupe schématique au niveau de l'interface entre les deux compresseurs de la figure 1 ;
- la figure 2 illustre très schématiquement un système de commande comportant une unité de commande électronique, une pluralité de vannes de décharge d'une turbomachine, et un boîtier pneumatique d'activation de la pluralité de vannes de décharge conforme à l'invention ;
- la figure 3 est une variante de la figure 2 ;
- la figure 4 illustre très schématiquement un système de commande selon la figure 2 ou 3 comportant en outre un dispositif de retour d'information ; et
- la figure 5 illustre très schématiquement un système de commande selon l'art antérieur.
- La figure 1 est une vue partielle très schématique d'une turbomachine 1 comportant un compresseur amont 3 basse pression (BP) et un compresseur aval 5 haute pression (HP). La figure 1A est une coupe schématique au niveau de l'interface entre les deux compresseurs 3 et 5 de la figure 1.
- Afin d'améliorer les conditions d'utilisation de la turbomachine, un dispositif de décharge 7 comportant des vannes de décharge 9 commandées en tout ou rien, sont réparties sur la périphérie de la turbomachine 1.
- Ces vannes de décharge sont montées sur une double peau 11 enveloppant la section d'interface des deux compresseurs 3, 5 formant une cavité de tranquillisation 13 de l'air reliée à un canal d'évacuation d'air 10. La cavité de tranquillisation 13 limite les perturbations dans la veine d'écoulement de l'air.
- Le dispositif de décharge 7 peut être composé d'un nombre N quelconque de vannes de décharge 9. De préférence, le nombre N de vannes de décharge 9 est compris entre deux et dix.
- Chaque vanne de décharge 9 est dimensionnée pour prélever 1/N du débit total maximum à prélever. Ce dispositif de décharge fait donc appel à une logique de commande du type :
- Si le pourcentage de débit à prélever < 1/N
alors, ouvrir 1 vanne - si 1/N < pourcentage de débit à prélever < 2/N
alors, ouvrir 2 vannes - Si i/N < pourcentage de débit à prélever < i+1/N
alors, ouvrir i vannes - Si (N-1)/N < pourcentage de débit à prélever
alors, ouvrir N vannes. - Conformément à l'invention, la figure 2 illustre très schématiquement un système de commande 15 comportant une unité de commande électronique 17, une pluralité de vannes de décharge 9 d'une turbomachine 1, et un boîtier pneumatique 18 d'activation de la pluralité de vannes de décharge 9.
- Le boîtier pneumatique 18 comporte des sorties d'activation 19 correspondant au nombre N de vannes de décharge 9 formant la pluralité de vannes de décharge 9, c'est-à-dire que chaque sortie d'activation 19 correspond à une vanne de décharge 9.
- En outre, le boîtier pneumatique 18 comporte une entrée unique de commande 21 recevant un signal de commande 23 depuis une voie 25 de l'unité de commande électronique 17. Ce signal de commande 23 est destiné à agir sur un bobinage de commande 27 d'un moyen distributeur 29 dont les sorties forment lesdites sorties d'activation 19.
- Le signal de commande unique 23 envoyé par l'unité de commande électronique 17 est un courant continu dont l'intensité est modulée en fonction du nombre de vannes de décharge 9 à activer. Ainsi une seule voie 25 de l'unité de commande électronique 17 est suffisante pour commander toutes les vannes de décharge 9.
- Le moyen distributeur 29 comporte une chambre 31 formant une cavité 35 qui communique avec les sorties d'activation 19 ainsi qu'avec une première pression d'alimentation 37 et une seconde pression d'alimentation 39.
- En outre, le moyen distributeur 29 comporte un piston-distributeur 41 qui peut séparer la cavité 35 en une première zone 35a à la première pression d'alimentation et une seconde zone 35b à la seconde pression d'alimentation.
- Lorsque le bobinage de commande 27 est alimenté par le signal de commande 23, un champ électromagnétique est généré provoquant par induction un mouvement du piston-distributeur 41 permettant ainsi de relier un nombre déterminé des sorties d'activation 19 à la première pression d'alimentation 37 afin d'activer un même nombre déterminé de vannes de décharge 9. En revanche, les autres sorties sont reliées à la seconde pression d'alimentation 39.
- D'une manière générale, la première pression d'alimentation 37 est une haute pression et la seconde pression d'alimentation 39 est une pression ambiante.
- En effet, l'air en sortie du compresseur haute pression 5 est pris comme une source d'alimentation de haute pression 37a, tandis que la pression ambiante est une mise à l'air libre 39a.
- Chacune de la pluralité de vannes de décharge 9 comporte une chambre 43 connectée via une ligne de commande pneumatique 45 à une des sorties d'activation 19. Chaque chambre 43 comporte un piston de transmission 47 dont le déplacement engendre un mouvement d'une chaîne cinématique 49 agissant sur un organe interne 51 entraînant la fermeture ou l'ouverture du conduit 10 c'est-à-dire, l'activation ou la désactivation de la vanne de décharge 9 correspondante.
- On notera que la vanne de décharge 9 est dans un état activé (vanne fermée) lorsque la sortie d'activation 19 correspondante est reliée à la haute pression 37 et qu'elle est dans un état désactivé (vanne ouverte) lorsque la sortie d'activation 19 correspondante est reliée à la pression ambiante 39.
- En effet, lorsque la chambre 43 de la vanne de décharge 9 est alimentée en air haute pression 37, le piston de transmission 47 se déplace en comprimant un ressort 46 et la tige du piston 48 déplace la chaîne cinématique 49 qui déclenche la fermeture du canal d'évacuation d'air 10 par l'organe interne 51 de la vanne de décharge 109 correspondante.
- En revanche, lorsque la chambre 43 de la vanne de décharge 9 est alimentée en air à pression ambiante 39, le ressort 46 replace alors le piston de transmission 47 en position de repos pour rouvrir la vanne papillon 51 via la chaîne cinématique 49.
- Selon l'exemple de la figure 2, le piston-distributeur 41 est un tiroir distributeur comportant un piston de translation 41a relié à un ressort de contre-effort 53. Le piston de translation 41a se déplace dans une chambre de distribution 31 de forme cylindrique ayant une génératrice d'une longueur proportionnelle au nombre N de vannes de décharge 9. L'entrée de l'air à haute pression 37 est disposée à une extrémité de la chambre de distribution 31, tandis que l'entrée de l'air à pression ambiante 39 est disposée à l'autre extrémité de cette chambre 31. Par ailleurs, les sorties d'activation 19 sont disposées à intervalles réguliers entre ces deux entrées de haute pression 37 et de pression ambiante 39.
- L'amplitude du déplacement linéaire du tiroir distributeur 41 est fixé par le signal de commande 23 et sa position est stabilisée par le ressort de contre-effort 53.
- Ainsi, une position donnée du tiroir distributeur 41 correspond à un nombre donné de vannes de décharge 9 fermées. La position du tiroir distributeur 41 est elle-même fixée par l'intensité du courant du signal de commande 23. Par conséquent, la commande en courant venant de l'unité de commande électronique 17 permet de fermer le nombre de vannes de décharge 9 voulu.
- Selon l'exemple de la figure 2, le tiroir distributeur 41 présente une position permettant la fermeture de deux vannes de décharge 9.
- On notera que, en cas de perte ou de défaillance de l'unité de commande électronique 17, le ressort de contre-effort 53 ramène le tiroir distributeur 41 dans une position correspondant à l'ouverture (état désactivé) de toutes les vannes de décharge 9, ce qui prévient tout pompage durant la décélération des compresseurs.
- Avantageusement, la partie électrique du moyen distributeur 29 est redondée de sorte que chaque voie de l'unité de commande électronique 17 peut commander toutes les vannes de décharges 9 de manière indépendante.
- La figure 3 est une variante de la figure 2, illustrant très schématiquement un système de commande d'une pluralité de vannes de décharge 9. L'exemple de la figure 3 se distingue de celui de la figure 2 par le fait que le piston-distributeur est un piston rotatif 41b pouvant tourner à l'intérieur d'une chambre de distribution 31 ayant un diamètre d'une longueur proportionnelle au nombre N de vannes de décharge 9.
- Le signal de commande unique 23 agit sur le bobinage de commande 27 du piston rotatif 41b. Le bobinage de commande 27 peut de façon connue, être intégré à un moteur pas-à-pas pour agir sur l'orientation angulaire du piston rotatif 41b.
- Ce piston rotatif 41b est par exemple en forme de papillon dont l'orientation angulaire correspond à un nombre donné de vannes de décharge 9 fermées.
- En effet, les entrées de l'air à haute pression 37 et à pression ambiante 39 sont disposées de façon diamétralement opposées. Par ailleurs, les sorties d'activation 19 peuvent être disposées à intervalles réguliers sur une moitié circonférentielle de la chambre de distribution 31 entre les entrées de haute pression 37 et de pression ambiante 39.
- L'angle de rotation du piston rotatif 41b est elle-même fixée par l'intensité du courant du signal de commande 23. Par conséquent, la commande en courant venant de l'unité de commande électronique 17 permet de fermer le nombre de vannes de décharge 9 voulu.
- L'exemple de la figure 3, montre un piston rotatif 41b présentant une orientation angulaire qui permet la fermeture d'une seule vanne de décharge 9.
- La figure 4 illustre très schématiquement un système de commande 15 d'une pluralité de vannes de décharge 9 comportant un dispositif de retour d'information 53.
- En effet, le boîtier pneumatique 18 de la figure 4 se distingue de celui de la figure 2 ou 3, par le fait qu'il comporte en outre un dispositif de retour d'information 53 comprenant des entrées 55 de retour d'information pneumatique connectées une à une à la pluralité de vannes de décharge 9.
- Ce dispositif de retour d'information 53 permet d'indiquer un état d'activation (fermeture) ou de désactivation (ouverture) de chacune des vannes de décharge 9. Par conséquent, toute vanne de décharge 9 défaillante peut être immédiatement localisée.
- En effet, le dispositif de retour d'information 53 transforme le retour d'information pneumatique de la pluralité de vannes de décharge 9 en un signal unique d'information 57 permettant à l'unité de commande électronique 17 de déterminer un état d'activation ou de désactivation de chacune des vannes de décharge 9.
- Par conséquent, il suffit d'allouer une seule voie 26 de l'unité de commande électronique 17 pour mesurer le signal unique d'information 57 envoyé par le boîtier pneumatique 18.
- A titre d'exemple, chacune des entrées 55 de retour d'information comporte un piston de retour 59 commutant selon l'état d'activation ou de désactivation de la vanne de décharge 9 qui lui est connectée, entre un premier élément résistif 61 et un second élément résistif 63. Le premier élément résistif 61 possède une résistance identique R0 pour toutes les entrées 55 de retour d'information. Le second élément résistif 63 possède une résistance R1, R2, ... Ri, ... RN différente pour chacune des entrées 55 de retour d'information et différente aussi de celle du premier élément résistif 61, c'est-à-dire R0 ≠ R1 ≠ R2 ≠ ... ≠ Ri ≠ ... ≠ RN.
- La commutation du piston de retour 59 de chacune des entrées 55 de retour d'information permet de connecter entre eux et en série l'un des premier et second éléments résistifs 61, 63 de chacune des entrées 55 de retour d'information pour former un circuit électrique 65 dont la résistance équivalente indique l'état réel d'activation des vannes de décharge 9. On notera que, les éléments résistifs du circuit électrique 65 peuvent aussi être connectés en parallèle.
- L'unité de commande électronique 17 alimente en courant le circuit électrique 65 qui traverse les N résistances commutées (une par vanne) et mesure via une interface 67 du boîtier pneumatique 18, la tension aux bornes de ce circuit électrique 65 afin de déterminer la résistance équivalente de ce circuit 65.
- La chambre 43 du piston de chacune de la pluralité de vannes de décharge 9 comporte un orifice 69 en fin de course du piston de transmission 47 permettant de retourner l'air haute pression vers l'entrée 55 de retour d'information correspondante par l'intermédiaire d'une ligne de retour 71.
- Ainsi, quand le boîtier pneumatique 18 envoie de l'air haute pression dans la ligne de commande 45 de la vanne de décharge 9 pour provoquer sa fermeture, la translation du piston de transmission 47 découvre en fin de course l'orifice 69 qui retourne l'air haute pression vers le dispositif de retour d'information 53 par la ligne de retour 71 dédiée. A l'entrée de cette ligne de retour 71 côté boîtier pneumatique 18, le piston de retour 59 de l'entrée 55 se translate sous l'effet de la pression et vient commuter la résistance associée à la vanne de décharge 9 de R0 à Ri (Ri étant la résistance du second élément résistif 63 de l'entrée 55 de retour d'information correspondante). La résistance lue par l'unité de commande électronique 17 est alors modifiée ce qui indique la fermeture de la vanne de décharge 9. Selon cet exemple, la valeur par défaut de la résistance associée à une vanne de décharge 9 ouverte est R0.
- On notera que, les résistances sont différenciées par vanne de décharge 9 afin de permettre la détection immédiate (dans la limite du temps de réponse de l'unité de commande électronique 17) d'un blocage d'une vanne de décharge 9 et de la localisation de cette vanne 9 défaillante pour les opérations de maintenance ultérieures.
- Avantageusement, la partie électrique du dispositif de retour d'information 53 est redondée pour permettre à chaque voie de l'unité de commande électronique 17, une lecture indépendante, de la résistance équivalente du circuit électrique 63.
- Ainsi, le système de commande 15 selon l'invention permet de commander plusieurs vannes de décharge 9 du type tout ou rien par un seul signal électrique 23.
- De même, il permet de mesurer la position de ces vannes de décharge 9 par un signal unique d'information 57. Il permet ainsi de localiser une vanne de décharge 9 défaillante tout en réduisant les délais de détection de cette vanne défaillante.
- En outre, le système de commande 15 permet de réduire le nombre de circuits électroniques de commande alloués à la commande de vannes de décharge 9.
- Le système de commande 15 permet aussi de réduire la consommation électrique de l'unité de commande électronique 17.
- Bien entendu, le système de commande 15 décrit ci-dessus est intégré à un système de régulation numérique pleine autorité (FADEC) de la turbomachine 1.
Claims (14)
- Boîtier pneumatique (18) d'activation d'une pluralité de vannes de décharge (9) d'une turbomachine (1), le boîtier pneumatique (18) comportant des sorties d'activation (19) correspondant au nombre de vannes de décharge (9) formant ladite pluralité de vannes de décharge (9), caractérisé en ce qu'il comporte une entrée unique de commande (21) recevant un signal de commande unique (23) d'une unité de commande électronique (17), le signal de commande (23) étant destiné à agir sur un bobinage de commande (27) d'un moyen distributeur (29) dont les sorties forment lesdites sorties d'activation (19), ledit moyen distributeur (29) comportant un piston-distributeur (41) qui sépare une cavité (35) communicant avec les sorties d'activation (19), en une première zone (35a) à une première pression d'alimentation (37) et une seconde zone (35b) à une seconde pression d'alimentation (39), de sorte que le bobinage de commande (27), lorsqu'il est alimenté par le signal de commande 23, provoque un mouvement dudit piston-distributeur (41) permettant ainsi de relier un nombre déterminé desdites sorties d'activation (19) à ladite première pression d'alimentation (37), les autres sorties étant reliées à ladite seconde pression d'alimentation (39).
- Boîtier pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston-distributeur (41) est un tiroir distributeur dont l'amplitude du déplacement linéaire est fixé par le signal de commande (23).
- Boîtier pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le piston-distributeur (41) est un piston rotatif (41b) dont l'angle de rotation est fixé par le signal de commande (23).
- Boîtier pneumatique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de retour d'information (53) comprenant des entrées (55) de retour d'information connectées une à une à la pluralité de vannes de décharge (9), le dispositif de retour d'information (53) transformant le retour d'information de la pluralité de vannes de décharge (9) en un signal unique d'information (57) permettant à l'unité de commande électronique (17) de déterminer un état d'activation ou de désactivation de chacune des vannes de décharge (9).
- Boîtier pneumatique selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacune des entrées (55) de retour d'information comporte un piston de retour (59) commutant selon l'état d'activation ou de désactivation de la vanne de décharge (9) qui lui est connectée, entre un premier élément résistif (61) et un second élément résistif (63), le premier élément résistif (61) ayant une résistance identique pour toutes les entrées (55) de retour d'information et le second élément résistif (63) ayant une résistance différente pour chacune des entrées (55) de retour d'information, la commutation du piston de retour (59) de chacune des entrées (55) de retour d'information permettant de connecter entre eux l'un des premier et second éléments résistifs (61, 63) de chacune des entrées (55) de retour d'information pour former un circuit électrique (65) ayant une résistance équivalente dont la valeur indique les vannes de décharge (9) réellement activées.
- Boîtier pneumatique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première pression d'alimentation (37) est une haute pression et la seconde pression d'alimentation (39) est une pression ambiante.
- Système de commande (15) comportant une unité de commande électronique (17), une pluralité de vannes de décharge (9), et un boîtier pneumatique (18) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chacune de la pluralité de vannes de décharge (9) comporte une chambre (43) connectée via une ligne de commande (45) pneumatique à une sortie desdites sorties d'activation (19), ladite chambre (43) comportant un piston de transmission (47) dont le déplacement engendre un mouvement d'une chaîne cinématique (49) provoquant l'activation ou la désactivation de la vanne de décharge (9) correspondante.
- Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vanne de décharge (9) est dans un état activé lorsque la sortie d'activation (19) correspondante est reliée à la haute pression.
- Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que la vanne de décharge (9) est dans un état désactivé lorsque la sortie d'activation (19) correspondante est reliée à la pression ambiante.
- Système selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la chambre (43) de chacune de la pluralité de vannes de décharge (9) comporte un orifice (69) en fin de course du piston de transmission (47) permettant de retourner l'air haute pression vers l'entrée (55) de retour d'information correspondante par l'intermédiaire d'une ligne de retour (71).
- Système selon l'une quelconque des revendication 7 à 10, caractérisé en ce que le signal de commande (23) unique envoyé par l'unité de commande électronique (17) est un courant dont l'intensité est modulée en fonction du nombre de vannes de décharge (9) à activer.
- Système selon l'une quelconque des revendication 7 à 11, caractérisé en ce que toutes les vannes de décharge (9) sont dans un état désactivé lorsque l'unité de commande électronique (17) est défaillante.
- Système selon l'une quelconque des revendication 7 à 12, caractérisé en ce que l'unité de commande électronique (17) est en outre destinée à déterminer la résistance équivalente du circuit électrique (53) en mesurant la tension aux bornes dudit circuit électrique.
- Système de régulation numérique pleine autorité d'une turbomachine (1), caractérisé en ce qu'il comporte un système de commande (14) selon l'une quelconque des revendications 7 à 13.
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