EP3146268A1 - Architecture d'injection de carburant améliorée - Google Patents

Architecture d'injection de carburant améliorée

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Publication number
EP3146268A1
EP3146268A1 EP15732771.9A EP15732771A EP3146268A1 EP 3146268 A1 EP3146268 A1 EP 3146268A1 EP 15732771 A EP15732771 A EP 15732771A EP 3146268 A1 EP3146268 A1 EP 3146268A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
ramp
flow
architecture
pressure
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15732771.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pascal RIZZO
Philippe Jean René Marie BENEZECH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Helicopter Engines SAS
Original Assignee
Safran Helicopter Engines SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Safran Helicopter Engines SAS filed Critical Safran Helicopter Engines SAS
Publication of EP3146268A1 publication Critical patent/EP3146268A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/263—Control of fuel supply by means of fuel metering valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/228—Dividing fuel between various burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
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    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/02—Liquid fuel
    • F23K5/06—Liquid fuel from a central source to a plurality of burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K5/00—Feeding or distributing other fuel to combustion apparatus
    • F23K5/02—Liquid fuel
    • F23K5/14—Details thereof
    • F23K5/16—Safety devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/35—Combustors or associated equipment
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23K—FEEDING FUEL TO COMBUSTION APPARATUS
    • F23K2203/00—Feeding arrangements
    • F23K2203/10—Supply line fittings
    • F23K2203/105—Flow splitting devices to feed a plurality of burners

Definitions

  • the present invention relates to a turbomachine fuel injection architecture, and a combustion assembly comprising such an architecture.
  • a fuel injection architecture typically comprises at least two fuel injection ramps 10A, 10B, each ramp can distribute a fuel flow to one or more fuel injectors (not shown).
  • the injectors associated with a given injection ramp are grouped according to their characteristics, such as in particular their permeability or their injection technology.
  • Each fuel rail is fed by a fuel flow Q A , QB, which is a fraction of a total fuel flow Q delivered by a main fuel metering device 12, which dose this flow from a fuel source.
  • a fuel flow Q A , QB which is a fraction of a total fuel flow Q delivered by a main fuel metering device 12, which dose this flow from a fuel source.
  • the maximum permissible flow rate in each ramp Q A Max, QBM 3X is generally lower than the maximum total flow Q Ma x of fuel delivered by the main metering device 12.
  • the fraction of the total flow rate distributed at each injection manifold is in turn fixed by a distribution metering device 11 arranged between the main fuel dispenser 12 and the ramps 10A , 10B .
  • the distribution metering device thus distributes the total fuel flow between two or more ramps, according to a distribution law determined.
  • FIG. 2a shows an example of a law of distribution of fuel between the ramps 10A and 10B, as a function of a total flow setpoint sent to the main metering device 12.
  • a threshold value Q s which preferably is less than or equal to the maximum permissible flow rate in the ramp A ⁇ ⁇
  • the entire flow is distributed to the ramp A to give priority to this ramp (for example to promote the use of the type of injectors associated with the ramp A).
  • the distribution metering device distributes the flow between the ramps A and B (point On in the figure).
  • Q s ⁇ Q ⁇ QMax 0 ⁇ ⁇ 0 ⁇ 3 ⁇ and 0 ⁇ ⁇ ⁇ 3 ⁇
  • the metering systems are designed to operate at the highest possible injection pressure, which typically corresponds to the maximum flow rate of each boom.
  • An anomaly may occur in the operation of the distribution metering device 1 1, so that the planned flow distribution law is no longer respected.
  • the distribution metering device may be locked in a position where it delivers 100% of the total flow Q to the ramp A, in which case the flow rate Q A in the ramp A may be greater than the maximum flow rate ⁇ ⁇ -
  • FIG. 2b shows the effective distribution of the flow rate between the injection ramps, as a function of a total flow setpoint sent to the main metering device 12.
  • the malfunction of the distribution metering device 1 1 implies that the total flow rate delivered to the injectors is lower than the total flow setpoint sent to the main metering device. This reduced flow induces a loss of power of the turbomachine.
  • the object of the invention is to propose a turbomachine fuel injection architecture that makes it possible to maintain the power of the turbomachine even in the event of malfunctioning of the distribution metering device.
  • turbomachine fuel injection architecture comprising:
  • each ramp being adapted to deliver a fuel flow to at least one associated injector
  • a main fuel metering device adapted to dose a total fuel flow to be delivered to at least two injection ramps
  • a distribution metering device arranged between the main metering device and the injection manifolds, and adapted to distribute at least a portion of the total fuel flow between the two ramps,
  • the architecture being characterized in that it further comprises a bypass valve adapted to discharge a flow of a first ramp to a second ramp in case of overpressure fuel in the first ramp.
  • the architecture according to the invention can further comprise at least one of the following characteristics:
  • the architecture further comprises a second bypass valve adapted to discharge a flow rate of the second ramp to the first ramp in case of overpressure of fuel in the second ramp,
  • the distribution metering device is adapted to distribute the portion of the total fuel flow between the two ramps according to a distribution law in which, for a flow rate lower than a predetermined threshold flow rate, all of said flow rate is delivered to the first ramp of injection.
  • the first bypass valve discharges a flow of fuel from the first to the second ramp when the pressure in the first ramp is greater than or equal to a pressure reached during the flow in the ramp of the threshold flow.
  • a bypass valve is a hydromechanical booster valve, a bypass valve is of the electromechanical type.
  • the architecture further comprises a processing unit adapted to control the valve as a function of at least one parameter among the group comprising a pressure difference between the two ramps, a speed of rotation of the turbomachine, an atmospheric pressure of air, an air pressure at the outlet of one or more compressor stages of the turbomachine, a fuel pressure at the outlet of a low pressure pump of the turbomachine, a fuel pressure at the inlet of the high pressure pump of the turbomachine , a real position of the main fuel dispenser, and a real position of the dispensing dispenser.
  • a processing unit adapted to control the valve as a function of at least one parameter among the group comprising a pressure difference between the two ramps, a speed of rotation of the turbomachine, an atmospheric pressure of air, an air pressure at the outlet of one or more compressor stages of the turbomachine, a fuel pressure at the outlet of a low pressure pump of the turbomachine, a fuel pressure at the inlet of the high pressure pump of the turbomachine , a real position of the main fuel dispenser,
  • the architecture further comprises a pressure sensor in each of the first and second ramps, or a differential sensor adapted to measure a pressure difference between the first and second ramps, and the processing unit is adapted to control the valve according to said pressure difference.
  • the architecture further comprises a pressure relief valve associated with the main fuel metering device, adapted to discharge a flow upstream of the main fuel metering device with respect to the fuel flow in the event of overpressure between the main fuel metering device and the dispensing dispenser.
  • the invention also relates to a turbomachine fuel combustion assembly comprising:
  • a plurality of fuel injectors fed respectively by one or the other injection boom and adapted to inject fuel into the combustion chamber.
  • the invention finally relates to a turbomachine, comprising a combustion assembly according to the preceding presentation.
  • FIG. 1 already described, schematically represents a fuel injection architecture according to the state of the art
  • FIG. 2a already described, represents an example of a law of distribution of fuel between two injection ramps
  • FIG. 2b already described also, represents an example of distribution between the ramps in the event of malfunction of the distribution metering device
  • FIG. 3a schematically represents a fuel injection architecture according to one embodiment of the invention
  • FIGS. 3b and 3c schematically represent a fuel injection architecture according to an alternative embodiment, with different types of valves,
  • FIG. 3d schematically represents a fuel injection architecture according to another embodiment
  • FIG. 4 represents an example of fuel distribution between two injection ramps in the case of malfunction of a distribution metering device of an architecture according to an embodiment of the invention
  • FIGS. 5a and 5b schematically illustrate a turbomachine and a combustion assembly comprising a fuel injection architecture according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 5a there is shown an example of a turbomachine 1 comprising a combustion assembly 2 detailed in FIG. 5b.
  • the combustion assembly 2 comprises a fuel combustion chamber 20, as well as a plurality of injectors 21A , 21B (FIG. 5b) opening therein to inject the fuel flow required for driving the fuel. turbine engine.
  • the combustion assembly further comprises a fuel tank R, and a fuel injection architecture 3 for supplying the fuel injectors with the desired flow distribution for the proper operation of the turbomachine.
  • the fuel injection architecture 3 is described in more detail below with reference to FIGS. 3a to 3c.
  • main feeder 32 which is adapted to receive fuel from the tank R (the fuel is taken from the tank and sent to the dispenser by one or more pumps not shown) and dose a total flow Q to be dispensed to the injectors.
  • the architecture further comprises at least two fuel injection bars 30 A, 30 B, two of which are specifically shown in Figures 3a and 3b, and a third c is also shown by way of example in Figure 3c.
  • Each fuel injection rail 30 A , 30 B , 30 c delivers a fuel flow Q A , Q B , QC to one or more injectors (not shown in FIGS. 3a to 3b), the injectors being associated with a ramp determined according to their characteristics, for example their permeability or their injection technology, so that all the injectors associated with the same ramp ensures an injection according to the need of the combustion chamber.
  • the turbomachine may comprise a set of starter injectors, which are associated with candles and allow to initiate combustion in the chamber, and a set of main injectors, having a permeability more important, and intended to maintain combustion in the chamber once it is primed.
  • a first fuel injection rail 30 A can distribute a fuel flow to all the starting injectors and a second injection rail 30 B can distribute a fuel flow to all the main injectors. .
  • the injection architecture further comprises a distribution metering device 31, positioned between the main metering device 32 and the injection manifolds 30 A , 30 B , that is to say downstream of the main metering device with respect to the air flow rate. fuel and upstream of the injection ramps with respect to said flow.
  • the total flow rate Q dosed by the main metering unit is distributed by the distribution metering device in two flow rates Q A and QB delivered respectively to the ramps 30 A and 30 B.
  • the architecture 3 further comprises at least one bypass valve 35 interconnecting the two ramps 30A and 30B .
  • the architecture comprises a single bypass valve 35, which is adapted to discharge a flow rate from a first ramp to a second ramp in the event of an overpressure in the first ramp, thus making it possible to limit the pressure in the first ramp to limit the overpressure.
  • the operating direction of the valve is advantageously chosen according to the distribution law normally adopted by the distribution metering device 31, since this law determines which ramp is preferred for the fuel injection, and therefore which ramp has a maximum probability of find overpressure in case of malfunction of the dispensing dispenser.
  • the distribution metering device 31 favors the ramp 30A in that the entire flow rate Q is sent towards this ramp, until the flow reaches a determined threshold Q s .
  • Other distribution laws could be envisaged, in which for example the distribution metering divides the flow rate between the two ramps before the flow reaches a given threshold in one of the ramps.
  • the distribution metering device has a fault, for example preventing it from modifying its position, it is the ramp 30 A which can quickly be in overpressure since the overall permeability of the injectors corresponding to 21 A does not make it possible to inject the entire the flow rate they receive without exceeding the maximum acceptable pressure.
  • the bypass valve 35 is in this case advantageously arranged so as to discharge the ramp 30 A to the ramp 30 B in case of overpressure therein.
  • the valve 35 opens when the flow in the ramp 30 A causes a pressure in this ramp such that the pressure difference between the ramp 30 A and the ramp 30 B exceeds a determined threshold.
  • Q seU ii the corresponding flow rate.
  • this threshold is chosen less than the maximum total flow Q Ma x, and greater than or equal to the maximum flow rate in the ramp Q A Max.
  • the injection architecture may also include a relief valve 33 associated with the main metering device 32 and for returning an excess flow upstream of said metering device, in particular in case of overpressure of fuel between the metering device main 32 and the proportioning dispenser 31.
  • the opening threshold of the valve 35 is advantageously chosen so that it opens before the valve 33: as shown in Figure 4, the opening of the valve 35 takes place before reaching a level of flow in the ramp A corresponding to a pressure liable to cause the opening 33 of the overpressure valve 33.
  • FIG. 3b there is shown an alternative embodiment comprising two by-pass valves 35, 35 'arranged in staggered rows between the two injection ramps 30 A , 30 B , that is to say that a valve is adapted to discharge a fuel flow from the ramp 30 A to the ramp 30 B in case of overpressure in the ramp 30 A , and another valve 35 'is adapted to discharge a flow of the ramp 30 B to the ramp 30 A in case of overpressure in the ramp 30 B.
  • pressure in a ramp means a pressure difference exceeding a determined threshold between the ramp concerned and the other ramp.
  • This configuration makes it possible to overcome all the types of malfunctioning of the distribution metering device 31, even in the less probable cases in which, the metering device supplying priority, for example, the ramp 30 A , it remains locked in a position where it feeds only the ramp 30 B.
  • the second bypass valve 35 ' can discharge the flow to the ramp 30 A and thus maintain a sufficient total flow rate in the combustion chamber to maintain the power level of the turbomachine.
  • bypass valve or valves 35 are advantageously hydromechanical valves, that is to say valves whose operation is purely mechanical and thus caused only a pressure difference acting on a valve. mobile element that opens when the pressure difference has reached a determined threshold.
  • This type of valve has a high reliability.
  • a possible injection architecture then comprises pressure sensors 36 disposed in each ramp 30 A , 30 B , adapted to measure the fuel pressure in each ramp, and a processing unit 36 connected to the sensors and the valves, and configured to control the opening of each valve according to the pressure values provided by the sensors.
  • the architecture may comprise, in place of the pressure sensors, a differential pressure sensor adapted to directly measure a pressure difference between the ramps, the processing unit controlling the opening of the valve from this difference in pressure. pressure.
  • the processing unit 37 can control the opening of the valve from other parameters, possibly accumulated at the pressure difference, these parameters being advantageously chosen from the following group: one or more speeds of rotation of the turbomachine, atmospheric pressure of the air outside the turbomachine, air pressure at the outlet of one or more compressor stages of the turbomachine, fuel pressure at the outlet of a low pressure pump of the turbomachine, a pressure of fuel input to the high pressure pump of the turbomachine, a real position of the main fuel dispenser, and a real position of the dispensing dispenser.
  • the processing unit can use other signals related to the control of the motor and be integrated in an engine control system.
  • valve of Figure 3a and those of Figure 3b are hydromechanical valves, while the valves of Figure 3c are electromechanical valves.
  • the injection architecture comprises more than two fuel injection ramps
  • it may then comprise another or several other distribution proportioners 31 'for distributing the upstream flow rate at each stage in two sub-flows, distributed either with two injection ramps, or with two distribution metering units, or with a distribution metering device and an injection rail.
  • FIG. 3d An example of a configuration with more than two ramps is represented in FIG. 3d, in which a distribution metering device 31 distributes the total flow rate Q between the injection rail 30 A and a second distribution metering device 31 ', which itself distributes the fraction flow received between the injection ramps 30 B and 30 c.
  • the architecture 3 may comprise one or more bypass valves 35 downstream of one or more distribution proportioners, depending on the laws of distribution of each metering device as explained above.
  • FIG. 3d there is shown a single bypass valve 35 downstream of the first distribution metering device 31.
  • the proposed architecture therefore makes it possible to eliminate any overpressure in the fuel injection ramps while maintaining the power of the turbomachine.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

L'invention concerne une architecture d'injection de carburant de turbomachine, comprenant : - deux rampes d'injection de carburant (30A, 30B), chaque rampe étant adaptée pour distribuer un débit de carburant à au moins un injecteur associé, - un doseur principal de carburant (32), adapté pour doser un débit total (Q) de carburant à délivrer au moins aux deux rampes d'injection (30A, 30B), - un doseur de répartition (31 ), disposé entre le doseur principal (32) et les rampes d'injection (30A, 30B), et adapté pour répartir au moins une partie du débit total de carburant entre les deux rampes, l'architecture étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un clapet de dérivation (35) adapté pour décharger un débit d'une première rampe (30A, 30B) vers une seconde rampe (30B, 30A) en cas de surpression de carburant dans la première rampe. L'invention concerne également un ensemble de combustion de turbomachine comprenant cette architecture.

Description

ARCHITECTURE D'INJECTION DE CARBURANT AMELIOREE
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne une architecture d'injection de carburant de turbomachine, et un ensemble de combustion comprenant une telle architecture.
ETAT DE LA TECHNIQUE
En référence à la figure 1 , une architecture d'injection de carburant comprend traditionnellement au moins deux rampes d'injection de carburant 10A, 10B, chaque rampe pouvant distribuer un débit de carburant à un ou plusieurs injecteurs de carburant (non représentés).
Les injecteurs associés à une rampe d'injection donnée sont regroupés en fonction de leurs caractéristiques, comme en particulier leur perméabilité ou leur technologie d'injection.
Chaque rampe d'injection est alimentée par un débit de carburant QA, QB, qui est une fraction d'un débit total de carburant Q délivré par un doseur principal de carburant 12, qui dose ce débit à partir d'une source de carburant provenant du réservoir de carburant R d'un aéronef dans lequel est installée l'architecture, l'architecture étant traditionnellement montée sur le moteur, et le débit étant extrait du réservoir par une ou plusieurs pompes (non représentées). En effet, le débit maximal admissible dans chaque rampe QAMax, QBM3X est en général inférieur au débit total maximal QMax de carburant délivré par le doseur principal 12.
La fraction du débit total distribuée à chaque rampe d'injection est quant à elle fixée par un doseur de répartition 1 1 , disposé entre le doseur principal de carburant 12 et les rampes 10A, 10B.
Le doseur de répartition distribue ainsi le débit total de carburant entre deux rampes ou plus, selon une loi de répartition déterminée.
Dans l'exemple de la figure 1 , l'architecture ne comprend que deux rampes d'injection de carburant et le doseur de répartition distribue le débit total entre les deux rampes en deux débits dosés QA et QB tels que QA+QB=Q.
On a représenté en figure 2a un exemple de loi de répartition de carburant entre les rampes 10A et 10B, en fonction d'une consigne de débit total envoyée au doseur principal 12. Dans cet exemple non limitatif, pour un débit total inférieur à une valeur seuil Qs, qui de préférence est inférieure ou égale au débit maximal admissible dans la rampe 10A ΟΑΜΘΧ, la totalité du débit est distribuée à la rampe A pour privilégier cette rampe (par exemple pour favoriser l'utilisation du type d'injecteurs associé à la rampe A). On a donc la relation : pour 0<Q<Qs, QA=Q, QB=0.
Lorsque le débit total est égal à la valeur seuil de débit, le doseur de répartition distribue le débit entre les rampes A et B (point On sur la figure). On a alors par exemple la relation : pour Qs<Q<QMax, 0Α<0ΑΜ3Χ et 0<ΟΒ<ΟΒΜ3Χ, et
Dans chaque rampe d'injection la différence de pression aux bornes des rampes d'injection A et B augmente très sensiblement avec le débit, puisque cette différence de pression est liée typiquement par la relation :
Pression amont - Pression aval = Ka'*Qa2 pour la rampe A,
Pression amont - Pression aval = Kb'*Qb2 pour la rampe B,
Avec Ka' et Kb' des constantes dépendant de la perméabilité des rampes et des injecteurs pour un fluide de masse volumique donnée.
Les systèmes de dosage sont conçus pour pouvoir fonctionner à la pression d'injection la plus élevée possible, ce qui typiquement correspond au débit maximum de chaque rampe.
Or une anomalie peut survenir dans le fonctionnement du doseur de répartition 1 1 , de telle sorte que la loi de répartition de débit prévue ne soit plus respectée. Par exemple, le doseur de répartition peut se trouver bloqué dans une position où il délivre 100% du débit total Q vers la rampe A, auquel cas le débit QA dans la rampe A peut être supérieur au débit maximal ΟΑΜΘΧ-
Dans ce cas il survient une augmentation de pression dans la rampe A qui se répercute au doseur de répartition 1 1 puis au doseur principal. Le doseur principal est typiquement associé à un dispositif de protection contre les surpressions comme un clapet de surpression 13. En cas de surpression dans le doseur principal 12, le clapet 13 s'ouvre en renvoyant du débit en amont du système de dosage. Le débit sortant du doseur principal 12 est alors diminué, ce qui diminue la pression générée par les rampes. La loi de débit principal n'est alors plus respectée. On a représenté sur la figure 2b la répartition effective du débit entre les rampes d'injection, en fonction d'une consigne de débit total envoyée au doseur principal 12.
Lorsque le débit total de commande dépasse le débit seuil Qs pour lequel le doseur de répartition 1 1 doit normalement répartir une partie du débit vers la rampe d'injection B, la totalité de ce débit est dirigée vers la rampe A, ce qui cause une surpression dans cette rampe, qui remonte jusqu'au doseur principal 12 et provoque l'ouverture Oi3 du clapet de surpression 13 pour réduire le débit dans cette rampe.
On constate donc que le dysfonctionnement du doseur de répartition 1 1 implique que le débit total délivré aux injecteurs est inférieur à la consigne de débit total envoyée au doseur principal. Ce débit réduit induit une perte de puissance de la turbomachine.
Il existe donc un besoin pour un système permettant de maintenir la puissance de la turbomachine même en cas de dysfonctionnement du doseur de répartition.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention a pour but de proposer une architecture d'injection de carburant de turbomachine qui permette de maintenir la puissance de la turbomachine même en cas de dysfonctionnement du doseur de répartition.
A cet égard, l'invention a pour objet une architecture d'injection de carburant de turbomachine, comprenant :
deux rampes d'injection de carburant, chaque rampe étant adaptée pour distribuer un débit de carburant à au moins un injecteur associé,
un doseur principal de carburant, adapté pour doser un débit total de carburant à délivrer au moins aux deux rampes d'injection,
un doseur de répartition, disposé entre le doseur principal et les rampes d'injection, et adapté pour répartir au moins une partie du débit total de carburant entre les deux rampes,
l'architecture étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un clapet de dérivation adapté pour décharger un débit d'une première rampe vers une seconde rampe en cas de surpression de carburant dans la première rampe. Avantageusement, mais facultativement, l'architecture selon l'invention peut outre comprendre au moins l'une des caractéristiques suivantes :
l'architecture comprend en outre un deuxième clapet de dérivation adapté pour décharger un débit de la seconde rampe vers la première rampe en cas de surpression de carburant dans la seconde rampe,
le doseur de répartition est adapté pour répartir la partie du débit total de carburant entre les deux rampes selon une loi de répartition dans laquelle, pour un débit inférieur à un débit de seuil prédéterminé, la totalité dudit débit est délivrée à la première rampe d'injection.
le premier clapet de dérivation décharge un débit de carburant de la première à la seconde rampe lorsque la pression dans la première rampe est supérieure ou égale à une pression atteinte lors de l'écoulement dans la rampe du débit de seuil.
un clapet de dérivation est un clapet de surpression hydromécanique, un clapet de dérivation est du type électromécanique.
L'architecture comprend en outre une unité de traitement adaptée pour commander le clapet en fonction d'au moins un paramètre parmi le groupe comprenant une différence de pression entre les deux rampes, une vitesse de rotation de la turbomachine, une pression atmosphérique de l'air, une pression d'air en sortie d'un ou plusieurs étages de compresseur de la turbomachine, une pression du carburant en sortie d'une pompe basse pression de la turbomachine, une pression de carburant en entrée de pompe haute pression de la turbomachine, une position réelle du doseur principal de carburant, et une position réelle du doseur de répartition.
L'architecture comprend en outre un capteur de pression dans chacune de la première et de la seconde rampe, ou un capteur différentiel adapté pour mesurer une différence de pression entre la première et la seconde rampe, et l'unité de traitement est adaptée pour commander le clapet en fonction de ladite différence de pression.
l'architecture comprend en outre un clapet de surpression associé au doseur principal de carburant, adapté pour décharger un débit vers l'amont du doseur principal de carburant par rapport à l'écoulement de carburant en cas de surpression entre le doseur principal de carburant et le doseur de répartition. L'invention a également pour objet un ensemble de combustion de carburant de turbomachine comprenant :
un réservoir de carburant,
- une architecture de carburant selon la présentation qui précède, dans laquelle le doseur principal de carburant prélève le débit total dans le réservoir,
une chambre de combustion de carburant, et
une pluralité d'injecteurs de carburant alimentés respectivement par l'une ou l'autre rampe d'injection et adaptés pour injecter du carburant dans la chambre de combustion.
L'invention concerne enfin une turbomachine, comprenant un ensemble de combustion selon la présentation qui précède.
L'existence d'un clapet de dérivation déchargeant le débit d'une rampe vers l'autre permet de garantir qu'en cas de surpression dans la première rampe liée à une panne du doseur de répartition, le débit peut quand même être distribué entre les deux rampes, ce qui permet d'atteindre un débit total injecté dans la chambre de combustion égal au débit total dosé par le doseur principal.
Ainsi même si la répartition est défectueuse entre les deux rampes, la puissance de la turbomachine est préservée.
DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, au regard des figures annexées, données à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquelles :
La figure 1 , déjà décrite, représente schématiquement une architecture d'injection de carburant selon l'état de la technique,
- La figure 2a, déjà décrite, représente un exemple de loi de répartition de carburant entre deux rampes d'injection,
La figure 2b, déjà décrite également, représente un exemple de répartition entre les rampes en cas de dysfonctionnement du doseur de répartition, La figure 3a représente schématiquement une architecture d'injection de carburant selon un mode de réalisation de l'invention,
Les figures 3b et 3c représentent schématiquement une architecture d'injection de carburant selon un mode de réalisation alternatif, avec différents types de clapets,
La figure 3d représente schématiquement une architecture d'injection de carburant selon un autre mode de réalisation,
La figure 4 représente un exemple de répartition de carburant entre deux rampes d'injection dans le cas de dysfonctionnement d'un doseur de répartition d'une architecture conforme à un mode de réalisation de l'invention,
Les figures 5a et 5b illustrent schématiquement une turbomachine et un ensemble de combustion comprenant une architecture d'injection de carburant selon un mode de réalisation de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION
En référence à la figure 5a, on a représenté un exemple de turbomachine 1 comprenant un ensemble de combustion 2 détaillé sur la figure 5b.
L'ensemble de combustion 2 comprend une chambre de combustion 20 de carburant, ainsi qu'une pluralité d'injecteurs 21 A, 21 B (figure 5b) débouchant dans celle-ci pour injecter le débit de carburant nécessaire pour l'entraînement de la turbomachine.
L'ensemble de combustion comprend en outre un réservoir de carburant R, et une architecture d'injection de carburant 3 pour alimenter les injecteurs en carburant avec la répartition de débit voulue pour le bon fonctionnement de la turbomachine.
L'architecture d'injection de carburant 3 est décrite plus en détails ci-après en référence aux figures 3a à 3c.
Elle comprend un doseur principal 32, qui est adapté pour recevoir du carburant du réservoir R (le carburant étant prélevé du réservoir et envoyé au doseur par une ou plusieurs pompes non représentées) et doser un débit total Q à distribuer aux injecteurs.
L'architecture 3 comprend en outre au moins deux rampes d'injection de carburant 30A, 30B, dont deux sont spécifiquement représentées sur les figures 3a et 3b, et une troisième 30c est également représentée à titre d'exemple sur la figure 3c.
Chaque rampe d'injection de carburant 30A, 30B, 30c délivre un débit de carburant QA, QB, QC à un ou plusieurs injecteurs (non représenté sur les figures 3a à 3b), les injecteurs étant associés à une rampe déterminée en fonction de leurs caractéristiques, par exemple leur perméabilité ou leur technologie d'injection, pour que l'ensemble des injecteurs associés à une même rampe assure une injection conforme au besoin de la chambre de combustion.
Ainsi, à titre d'exemple non limitatif, la turbomachine peut comprendre un ensemble d'injecteurs de démarrage, qui sont associés à des bougies et permettent d'amorcer la combustion dans la chambre, et un ensemble d'injecteurs principaux, présentant une perméabilité plus importante, et destinés à entretenir la combustion dans la chambre une fois que celle-ci est amorcée.
Selon cet exemple, une première rampe d'injection de carburant 30A peut distribuer un débit de carburant à l'ensemble des injecteurs de démarrage et une seconde rampe d'injection 30B peut distribuer un débit de carburant à l'ensemble des injecteurs principaux.
Pour autant cet exemple n'est aucunement limitatif et d'autres associations d'ensembles d'injecteurs à des rampes d'injection peuvent être prévues.
L'architecture d'injection comprend en outre un doseur de répartition 31 , positionné entre le doseur principal 32 et les rampes d'injection 30A, 30B, c'est-à-dire en aval du doseur principal par rapport au débit de carburant et en amont des rampes d'injection par rapport audit débit. Le débit total Q dosé par le doseur principal est réparti par le doseur de répartition en deux débits QA et QB délivrés respectivement aux rampes 30A et 30B.
En cas de dysfonctionnement du doseur de répartition, et afin d'éviter une perte de puissance dans la turbomachine, l'architecture 3 comprend en outre au moins un clapet de dérivation 35 reliant entre elles les deux rampes 30A et 30B.
Selon un premier mode de réalisation représenté en figure 3a, l'architecture comprend un seul clapet de dérivation 35, qui est adapté pour décharger un débit d'une première rampe à une seconde rampe en cas de surpression dans la première rampe, permettant ainsi de limiter la pression dans la première rampe pour limiter à la surpression. Le sens de fonctionnement du clapet est avantageusement choisi en fonction de la loi de répartition normalement adoptée par le doseur de répartition 31 , puisque cette loi détermine quelle rampe est privilégiée pour l'injection de carburant, et donc quelle rampe présente une probabilité maximale de se trouver en surpression en cas de dysfonctionnement du doseur de répartition.
Ainsi, on peut reprendre l'exemple précédemment donné en référence à la figure 2a. Dans cet exemple non limitatif, le doseur de répartition 31 privilégie la rampe 30A en ce sens que la totalité du débit Q est envoyée vers cette rampe, jusqu'à ce que le débit atteigne un seuil Qs déterminé. D'autres lois de répartition pourraient être envisagées, dans lesquelles par exemple le doseur de répartition divise le débit entre les deux rampes avant que le débit n'atteigne un seuil donné dans l'une des rampes.
Si le doseur de répartition présente une défaillance, l'empêchant par exemple de modifier sa position, c'est la rampe 30A qui peut rapidement se trouver en surpression puisque la perméabilité globale des injecteurs correspondant 21A ne permet pas d'injecter la totalité du débit qu'ils reçoivent sans dépasser la pression maximum acceptable.
Le clapet de dérivation 35 est dans ce cas avantageusement disposé de manière à décharger la rampe 30A vers la rampe 30B en cas de surpression dans celle-ci.
Le clapet 35 s'ouvre lorsque le débit dans la rampe 30A entraine une pression dans cette rampe telle que la différence de pression entre la rampe 30A et la rampe 30B excède un seuil déterminé. On note QseUii le débit correspondant. De préférence ce seuil est choisi inférieur au débit total maximal QMax, et supérieur ou égal au débit maximal dans la rampe QAMax-
La répartition de débit entre les rampes 30A et 30B avec le clapet de dérivation 35 est représentée sur la figure 4. On constate ainsi que, même avec une défaillance du doseur de répartition 31 , le débit total est réparti entre les deux rampes et peut tout de même atteindre le débit total maximal QMax à injecter dans la chambre de combustion, permettant ainsi de conserver la puissance de la turbomachine.
Plus précisément sur la figure 4, lorsque le débit total de commande atteint le débit seuil Qseuii correspondant à l'ouverture Ο35 du clapet 35, celui-ci s'ouvre pour répartir une partie du débit vers la rampe B. A titre de sécurité supplémentaire, l'architecture d'injection peut également comprendre un clapet de surpression 33 associé au doseur principal 32 et permettant de renvoyer un débit excédentaire vers l'amont dudit doseur, en particulier en cas de surpression de carburant entre le doseur principal 32 et le doseur de répartition 31 . Dans ce cas, le seuil d'ouverture du clapet 35 est avantageusement choisi pour que celui-ci s'ouvre avant le clapet 33 : comme visible sur la figure 4, l'ouverture du clapet 35 a lieu avant d'atteindre un niveau de débit dans la rampe A correspondant à une pression susceptible d'entraîner l'ouverture Ο33 du clapet de surpression 33.
En référence à la figure 3b, on a représenté un mode de réalisation alternatif comprenant deux clapets de dérivation 35, 35', disposés en quinconce entre les deux rampes d'injection 30A, 30B, c'est-à-dire qu'un clapet est adapté pour décharger un débit de carburant de la rampe 30A vers la rampe 30B en cas de surpression dans la rampe 30A, et un autre clapet 35' est adapté pour déchargé un débit de la rampe 30B vers la rampe 30A en cas de surpression dans la rampe 30B. On entend dans ce paragraphe par « surpression dans une rampe » une différence de pression excédant un seuil déterminé entre la rampe concernée et l'autre rampe.
Cette configuration permet de pallier à tous les types de dysfonctionnement du doseur de répartition 31 , même dans les cas moins probables où, le doseur alimentant en priorité par exemple la rampe 30A, il reste bloqué dans une position où il n'alimente que la rampe 30B.
Dans ce cas le deuxième clapet de dérivation 35' permet de décharger le débit vers la rampe 30A et donc de conserver un débit total suffisant dans la chambre de combustion pour maintenir le niveau de puissance de la turbomachine.
Comme représenté sur la figure 3b, le ou les clapets de dérivation 35' sont avantageusement des clapets hydromécaniques, c'est-à-dire des clapets dont le fonctionnement est purement mécanique et ainsi causé uniquement pas une différence de pression s'exerçant sur un élément mobile qui s'ouvre lorsque la différence de pression a atteint un seuil déterminé. Ce type de clapet présente une grande fiabilité.
Selon un mode de réalisation alternatif illustré sur la figure 3c dans le cas où il y a deux clapets de dérivation 35, 35' - mais applicable aussi quand il n'y en a qu'un seul - tout ou partie des clapets utilisés peuvent être de type électromécanique. Une architecture d'injection possible comprend alors des capteurs de pression 36 disposés dans chaque rampe 30A, 30B, adaptés pour mesurer la pression de carburant dans chaque rampe, et une unité de traitement 36 reliée aux capteurs et aux clapets, et configurée pour piloter l'ouverture de chaque clapet en fonction des valeurs de pression fournies par les capteurs.
Alternativement, l'architecture peut comprendre, à la place des capteurs de pression, un capteur de pression différentiel adapté pour mesurer directement une différence de pression entre les rampes, l'unité de traitement contrôlant l'ouverture du clapet à partir de cette différence de pression.
Alternativement, l'unité de traitement 37 peut contrôler l'ouverture du clapet à partir d'autres paramètres, éventuellement cumulé à la différence de pression, ces paramètres étant choisis avantageusement parmi le groupe suivant : une ou plusieurs vitesses de rotation de la turbomachine, pression atmosphérique de l'air à l'extérieur de la turbomachine, pression d'air en sortie d'un ou plusieurs étages de compresseur de la turbomachine, pression du carburant en sortie d'une pompe basse pression de la turbomachine, une pression de carburant en entrée de pompe haute pression de la turbomachine, une position réelle du doseur principal de carburant, et une position réelle du doseur de répartition. Selon une autre variante, l'unité de traitement peut utiliser d'autres signaux liés au contrôle du moteur et être intégrée à un système de contrôle du moteur.
A titre d'exemple non limitatif, le clapet de la figure 3a et ceux de la figure 3b sont des clapets hydromécaniques, tandis que les clapets de la figure 3c sont des clapets électromécaniques.
Dans le cas où l'architecture d'injection comprend plus de deux rampes d'injection de carburant, elle peut alors comprendre un autre ou plusieurs autres doseurs de répartitions 31 ' pour répartir à chaque étage le débit amont en deux sous-débits, distribués soit à deux rampes d'injection, soit à deux doseurs de répartition, soit encore à un doseur de répartition et une rampe d'injection.
Un exemple de configuration à plus de deux rampes est représenté en figure 3d, dans lequel un doseur de répartition 31 distribue le débit total Q entre la rampe d'injection 30A et un deuxième doseur de répartition 31 ', qui lui-même distribue la fraction de débit reçu entre les rampes d'injection 30B et 30c.
Dans ce cas, l'architecture 3 peut comprendre un ou plusieurs clapets de dérivation 35 en aval d'un ou plusieurs doseurs de répartition, en fonction des lois de répartition de chaque doseur comme expliqué ci-avant. Sur la figure 3d on a représenté un seul clapet de dérivation 35 en aval du premier doseur de répartition 31.
L'architecture proposée permet donc de supprimer d'éventuelles surpression dans les rampes d'injection de carburant tout en maintenant la puissance de la turbomachine.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Architecture (3) d'injection de carburant de turbomachine, comprenant :
deux rampes d'injection de carburant (30A, 30B), chaque rampe étant adaptée pour distribuer un débit de carburant à au moins un injecteur associé (21 A, 21 B),
un doseur principal de carburant (32), adapté pour doser un débit total (Q) de carburant à délivrer au moins aux deux rampes d'injection (30A, 30B), un doseur de répartition (31 ), disposé entre le doseur principal (32) et les rampes d'injection (30A, 30B), et adapté pour répartir au moins une partie du débit total de carburant entre les deux rampes,
l'architecture étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un clapet de dérivation (35) adapté pour décharger un débit d'une première rampe (30A, 30B) vers une seconde rampe (30B, 30A) en cas de surpression de carburant dans la première rampe, et un deuxième clapet de dérivation (35') adapté pour décharger un débit de la seconde rampe (30B, 30A) vers la première rampe (30A, 30B) en cas de surpression de carburant dans la seconde rampe.
2. Architecture (3) d'injection de carburant selon la revendication 1 , dans laquelle le doseur de répartition (31 ) est adapté pour répartir la partie du débit total de carburant entre les deux rampes selon une loi de répartition dans laquelle, pour un débit inférieur à un débit de seuil prédéterminé (Qs), la totalité dudit débit est délivrée à la première rampe d'injection.
3. Architecture (3) d'injection de carburant selon la revendication 2, dans laquelle le premier clapet de dérivation (35) décharge un débit de carburant de la première à la seconde rampe lorsque la pression dans la première rampe est supérieure ou égale à une pression atteinte lors de l'écoulement dans la rampe du débit de seuil.
4. Architecture (3) d'injection de carburant selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle un clapet de dérivation est un clapet de surpression hydromécanique.
5. Architecture (3) d'injection de carburant selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle un clapet de dérivation est du type électromécanique.
6. Architecture (3) d'injection de carburant selon la revendication 5, comprenant en outre une unité de traitement (37) adaptée pour commander le clapet en fonction d'au moins un paramètre parmi le groupe comprenant une différence de pression entre les deux rampes, une vitesse de rotation de la turbomachine, une pression atmosphérique de l'air, une pression d'air en sortie d'un ou plusieurs étages de compresseur de la turbomachine, une pression du carburant en sortie d'une pompe basse pression de la turbomachine, une pression de carburant en entrée de pompe haute pression de la turbomachine, une position réelle du doseur principal de carburant, et une position réelle du doseur de répartition.
7. Architecture (3) d'injection de carburant selon la revendication 6, comprenant en outre un capteur de pression (36) dans chacune de la première et de la seconde rampe, ou un capteur différentiel adapté pour mesurer une différence de pression entre la première et la seconde rampe, et l'unité de traitement (37) est adaptée pour commander le clapet en fonction de ladite différence de pression.
8. Architecture (3) d'injection de carburant selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un clapet de surpression (33) associé au doseur principal de carburant (32), adapté pour décharger un débit vers l'amont du doseur principal de carburant (32) par rapport à l'écoulement de carburant en cas de surpression entre le doseur principal de carburant (32) et le doseur de répartition (31 ).
9. Ensemble de combustion (2) de carburant de turbomachine comprenant :
un réservoir de carburant (R),
une architecture de carburant (3) selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le doseur principal de carburant prélève le débit total dans le réservoir,
une chambre de combustion de carburant (20), et une pluralité d'injecteurs de carburant (21 A, 21 B) alimentés respectivement par l'une ou l'autre rampe d'injection et adaptés pour injecter du carburant dans la chambre de combustion (20).
10. Turbomachine (1 ), comprenant un ensemble de combustion (2) selon la revendication précédente.
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