EP4308805A1 - Systeme de pompage et de dosage d'un fluide pour turbomachine et procede de pilotage d'un tel systeme - Google Patents

Systeme de pompage et de dosage d'un fluide pour turbomachine et procede de pilotage d'un tel systeme

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Publication number
EP4308805A1
EP4308805A1 EP22712994.7A EP22712994A EP4308805A1 EP 4308805 A1 EP4308805 A1 EP 4308805A1 EP 22712994 A EP22712994 A EP 22712994A EP 4308805 A1 EP4308805 A1 EP 4308805A1
Authority
EP
European Patent Office
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control
pump
motor
fluid
loop
Prior art date
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Pending
Application number
EP22712994.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Antoine Pascal Moutaux
Alexis Thomas Valentin LONGIN
David Bernard Martin LEMAY
Philippe Jean René Marie BENEZECH
Pierre Anthony SICAIRE
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
Priority claimed from FR2102695A external-priority patent/FR3120920A1/fr
Priority claimed from FR2102694A external-priority patent/FR3120919B1/fr
Application filed by Safran Helicopter Engines SAS filed Critical Safran Helicopter Engines SAS
Publication of EP4308805A1 publication Critical patent/EP4308805A1/fr
Pending 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
    • F02C9/30—Control of fuel supply characterised by variable fuel pump output
    • 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
    • F02C7/236—Fuel delivery systems comprising two or more pumps
    • 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
    • F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
    • F02C9/26—Control of fuel supply
    • F02C9/42—Control of fuel supply specially adapted for the control of two or more plants simultaneously
    • 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
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F05D2220/323—Application in turbines in gas turbines for aircraft propulsion, e.g. jet engines
    • 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
    • F05D2260/00—Function
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    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2270/00—Control
    • F05D2270/01—Purpose of the control system
    • F05D2270/09—Purpose of the control system to cope with emergencies

Definitions

  • TITLE SYSTEM FOR PUMPING AND DOSING A FLUID FOR A TURBOMACHINE AND METHOD FOR CONTROLLING SUCH A SYSTEM
  • the present invention relates to a fluid pumping and metering system for a turbomachine, a turbomachine comprising it and a method for controlling such a system.
  • turbomachines comprise numerous fluid pumping members, for example a main pumping member of a fuel circuit of a turbomachine, a low-pressure pumping member of a fuel circuit of a turbomachine or a pumping unit of an oil circuit of a turbomachine. These fluid circuits require hydraulic power generation and possibly fluid flow metering.
  • the main hydraulic power generation is carried out by means of one or more pumps (so-called high-pressure pump(s)) driven mechanically via the gas generator of the turbomachine.
  • the proper functioning of the high pressure pump(s) may require a generation of additional hydraulic power upstream which can be achieved by means of one or more pumps (so-called low pressure pump(s), or "engine booster pump” in English) also driven mechanically via the gas generator of the turbomachine.
  • the fuel metering, downstream of the high pressure pumps is generally carried out by a hydraulic device controlled by an electronic controller.
  • mechanically driven pumps have many disadvantages. Indeed, the pump(s) is (are) sized for the worst case of operation, for example aged pump, worst conditions of the flight envelope, worst temperature of the fluid...
  • the hydraulic power delivered by the pump(s) is generally greater than the current need of the turbine engine, generating a withdrawal of unnecessary mechanical power from the gas generator and a rise in the temperature of the fluid.
  • the mass of the mechanical drive (drive gears and gearbox housings) and the hydraulic components or organs themselves (pumps, metering valves, pressure regulator) is significant.
  • control and actuation members are generally redundant, unlike the hydromechanical metering members (speed regulator differential pressure, valve).
  • hydromechanical metering members speed regulator differential pressure, valve
  • a blockage of the metering system leads to a loss of operability of the turbomachine.
  • the elimination of the mechanical drive of the oil and fuel pumps is an essential step towards the total elimination of the accessory gearbox of the turbomachines, allowing in particular a gain in the drawing off of mechanical power from the gas generator.
  • the turbomachine uses a main high-pressure pump, also called a metering pump, comprising an electric motor to drive it, which ensures both the main generation of hydraulic power and the metering fuel flow.
  • a main high-pressure pump also called a metering pump
  • these metering pumps also called “motor pumps”
  • the present invention aims to remedy at least some of these drawbacks.
  • the invention proposes a system for pumping and metering a fluid for a turbomachine comprising a first and a second motor pump for the fluid and an electronic computer configured to determine the flow rate of the fluid to be distributed to the turbomachine, each motor pump comprising a pump and a motor configured to drive the pump, the pumping and metering system being characterized in that the electronic computer comprises a first control loop intended to control at least the first motor-driven pump and a second control loop intended to control at least the second motor-driven pump , and wherein the first motor pump and the second motor pump are arranged in series between a fluid reservoir and a member of the turbomachine to be supplied with fluid.
  • the invention proposes an alternative to mechanically driven fluid metering and pressurization systems offering the same level of safety as the latter.
  • the invention allows a saving in mass for the pumping and metering system.
  • the system for pumping and metering a fluid may comprise one or more of the following characteristics, taken separately from each other or in combination with each other: - the system for pumping and metering a fluid is configured to generate a fluid flow, the fluid being fuel or lubricating oil;
  • the fluid pumping and metering system is configured to pressurize the fluid, the fluid being fuel intended to supply a main metering system of the turbomachine;
  • the system for pumping and metering a fluid comprises a first non-return device arranged in parallel with the pump of the first motor-driven pump and a second non-return device arranged in parallel with the pump of the second motor-driven pump.
  • the present invention also relates to a turbomachine, characterized in that it comprises at least one system for pumping and metering a fluid according to the invention and as described above.
  • the present invention also relates to an aircraft comprising at least one such turbomachine.
  • the present invention also relates to a method for controlling such a system for pumping and metering a fluid, a first control channel comprising a first acquisition unit, the first control loop of the electronic computer and at least the motor motor of the first motor pump and a second control channel comprising a second acquisition unit, the second control loop of the electronic computer and at least the electric motor of the second motor pump, the method being characterized in that it comprises the steps consisting in: a) authorizing the first control channel comprising the first regulation loop to control at least the first motor pump; b) establishing a hydraulic power or flow setpoint for at least the first motor pump of the first control channel authorized by the first regulation loop from data supplied by at least the first acquisition unit of the first control channel permitted; and c) in the event of failure of at least one element chosen from the list comprising the first acquisition unit, the first regulation loop and at least the electric motor or the pump of the motor pump of the first authorized regulation channel, transfer the control authorization from the first control channel to the second control channel, and establish a hydraulic power or flow setpoint
  • the two motor pumps are controlled to both supply the requested flow rate.
  • the power required for pumping is distributed between the two motor pumps.
  • the other is already controlled at the rotation speed adapted to the flow rate requested. There is therefore no disturbance to the flow rate when the failure occurs. Moreover, it is not even imperative to detect the failure of one motor pump to adapt the control of the other.
  • control method according to the invention allows hydraulic flow or power to be shared between the motor pumps, with the advantageous technical effects of allowing optimization of the sizing of the motor pumps, of improving their aging and their response time in the event of failure of an element of the piloting channel with authority.
  • the piloting method according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, which may be taken alone or in combination with each other:
  • each regulation loop of a control channel is intended to control a single electric motor
  • each regulation loop of a control channel is authorized to control the first and second electric motors
  • the establishment of a flow rate or hydraulic power setpoint comprises a step consisting in establishing a distribution of hydraulic power or flow rate to be supplied to the turbine engine between the two electric motors;
  • the first regulation loop and the second regulation loop are adapted to exchange data
  • the hydraulic flow or power setpoint is applied in full to the second electric motor ;
  • each control channel is adapted to control the first electric motor and the second electric motor
  • the first regulation loop is configured to jointly control the first electric motor and the second electric motor according to the flow rate or hydraulic power setpoint established except in case of failure of at least one element of the first authorized piloting channel
  • the second regulation loop is connected and configured to jointly control the first electric motor and the second electric motor according to a flow or power setpoint established by the second loop regulation of the second control channel to which the authorization is transferred;
  • the flow rate or hydraulic power setpoint is such that the other pump connected to the second electric motor provides the entire flow rate or hydraulic power to the turbomachine;
  • control process includes a preliminary step during which, when starting the turbine engine and until idle speed is established, only one pump supplies all of the power to the turbine engine;
  • control method includes a step of alternating the pump supplying all of the power requested each time the turbine engine is started; - the distribution of flow or power is established as a function of at least one factor among the operating point of the turbomachine, the state of health of each control loop of the computer, the state of health of each motor pump, the margin at extinction or surge, the current acceleration/deceleration, the power supplied by the turbomachine, the flight conditions;
  • control process includes a step for monitoring the efficiency of the electric motors and the pump(s);
  • the fluid is fuel or lubricating oil.
  • FIG. 1 is a schematic view of a system for pumping and metering a fluid according to one embodiment of the invention
  • - Figure 2 illustrates a generalization of a system for pumping and metering a fluid according to the invention adapted to implement a control method according to the invention
  • - Figure 3 is a block diagram illustrating steps of an embodiment of a method for controlling a system for pumping and metering a fluid according to the invention
  • FIG. 4A illustrates a control method according to a first embodiment of the invention in normal operation
  • FIG. 4B illustrates the control method according to the first embodiment of the invention in the event of failure of a channel of the computer;
  • FIG. 4C illustrates the control method according to the first embodiment of the invention in the event of a sensor failure
  • FIG. 4D illustrates the control method according to the first embodiment of the invention in the event of a motor pump failure
  • FIG. 5A illustrates a control method according to a second embodiment of the invention in normal operation
  • FIG. 5B illustrates the control method according to the second embodiment of the invention in the event of failure of a channel of the computer
  • FIG. 5C illustrates the control method according to the second embodiment of the invention in the event of a sensor failure
  • - Figure 5D illustrates the control method according to the second embodiment of the invention in the event of failure of a motor pump
  • - Figure 6A illustrates a control method according to a third embodiment of the invention in normal operation
  • - Figure 6B illustrates the control method according to the third embodiment of the invention in the event of failure of a channel of the computer
  • FIG. 6C illustrates the control method according to the third embodiment of the invention in the event of a sensor failure
  • FIG. 7 illustrates an example of a motor pump load law applicable to the control methods of FIGS. 5 and 6 in “all operational” operating mode
  • FIG. 8 illustrates an example of the motor pump load law applicable to the control methods of Figures 5 and 6 in the event of failure of one of the motor pumps;
  • FIG. 9 illustrates another example of a motor pump load law as a function of the operating phase of the turbine engine for the control methods of FIGS. 5 and 6;
  • FIG. 10 illustrates another example of a motor pump load law between starting and idling of the turbomachine for the control methods of FIGS. 5 and 6;
  • - Figure 11 illustrates an example of a motor pump load law for the control methods of Figures 5 and 6 in the particular case where there is an emergency power regime.
  • the example described relates to a fuel pumping and metering system configured to generate a fuel flow
  • this example is not limiting and that the invention also applies to any other generation system hydraulic power of an aeronautical fluid, requiring more or less control precision.
  • the invention could apply to a fuel boost pressure generation system located upstream of a main hydraulic power generation system, or to an oil flow generation system used for lubrication or cooling of turbomachines.
  • the invention proposes a fluid pumping and metering system, in particular for a turbomachine, comprising two hydraulic fluid pumps, each configured to be driven by an electric motor and to be controlled by a two-channel electronic computer for controlling the electric motors driving the pumps.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of a pumping and metering system 300 according to the invention, with two hydraulic pumps 312, 314 arranged in series between a fluid reservoir (fluid inlet) and a component of the turbomachine supply fluid.
  • Each pump 312, 314 is driven by a respective and dedicated electric motor, 322, 324.
  • the first pump 312 is driven by an electric motor called the first electric motor 322 and the second pump 314 is driven by another electric motor, called second electric motor 324.
  • Each hydraulic pump 312, 314 can be, for example, a centrifugal pump or a positive-displacement pump, for example of the gear, vane or gerotor type, or any other pump technology making it possible to generate hydraulic power.
  • Each electric motor 322, 324 is powered by an electric power source not shown in Figure 1.
  • an electric motor can be integrated into a hydraulic pump.
  • Such an assembly is known as a motor pump.
  • a motor+pump assembly is designated by the term motor-driven pump.
  • two non-return flow devices 326, 328 are provided, such as for example a non-return valve or any other device making it possible to perform this function.
  • Each flow check device 326, 328 is arranged in parallel on a respective pump.
  • the two valves are arranged in series between the fluid reservoir and the member to be supplied.
  • These flow non-return devices 326, 328 make it possible to compensate for any differences in flow between the two pumps, or to ensure a privileged path for the fluid in the event of the stoppage of one of the pumps (bypass) .
  • the pumping and metering system 300 further comprises an electronic computer (not shown in Figure 1) to control the electric motors controlling the pump.
  • the electronic computer comprises regulation loops independent of each other, supplying a control command or instruction to each electric motor of the pumping and metering system.
  • each regulation loop establishes its control setpoint from data supplied by a set of respective sensors.
  • Each control channel includes a set of sensors providing input data, a control loop from the electronic computer, an electric motor to a hydraulic pump.
  • FIG. 2 illustrates a pumping and metering system 400 according to the invention comprising two electric motors for controlling the distribution of fluid to the member to be supplied, in particular by controlling the flow rate of fluid.
  • Each electric motor drives its own pump, the motor+pump assembly being designated by the term motor pump in the following description.
  • the pumping and metering system 400 therefore comprises two motor pumps 412, 414.
  • the motor pumps 412, 414 are arranged in series as illustrated in FIG. 1.
  • Each motor pump, 412, 414 corresponds to its own regulation loop 432, 434 of an electronic computer 430.
  • Each regulation loop receives its own data from an acquisition unit, 442, 444, to establish a power setpoint for the associated motor pump, 412, 414.
  • the data are those provided by one or more external sensors, and/or by each pump, when the pumps incorporate corresponding electronics.
  • the electronic computer 430 comprises a first regulation loop 432 supplying a control command or instruction to the first electric motor of the first motor pump 412 and a second regulation loop 434 independent, providing a control command to the second electric motor of the second motor pump 414.
  • the electronic computer 430 is configured to determine the flow rate of the fluid to be distributed by each motor pump from the data acquired by these acquisition units 442, 444, in each of the two regulation loops.
  • Such an architecture defines two control channels 452, 454, each having its acquisition unit 442, 444, its control loop 432, 434 of the computer and its motor pump 412, 414.
  • a first control channel 452 includes the first acquisition unit 442, the first control loop 432 of the computer and the first motor pump 412.
  • a second control channel 454 includes the second acquisition unit 444, the second control loop 434 of the computer and the second motor pump 414.
  • Such an architecture of a pumping and metering system according to the invention allows the implementation of an improved control method, integrating failure management satisfying the safety criteria imposed in vehicles in the aeronautical field....
  • FIG. 3 illustrates the steps of a control method 500 according to the invention of the pumping and metering system 400 of FIG. 2, in which each regulation loop 432, 434 is intended to control at least one electric motor or motor pump 412, 414.
  • the method 500 includes at least the following steps:
  • a step 502 authorize a control channel among the first control channel 452 and the second control channel 454 to control at least one of the motor pumps 412, 414.
  • this control channel has "full authority” is the only piloting channel that can establish flow rate or hydraulic power setpoints in order to control the motor pump(s) 412, 414 during operation of the turbomachine.
  • the regulation loop having authority the regulation loop of the piloting channel having full authority.
  • the first steering channel 452 is arbitrarily chosen as the authority channel or the control channel.
  • the regulation loop of the authorized piloting channel here the first regulation loop 432 determines, from the acquisition data received, the flow rate of the fluid or the hydraulic power to be supplied to the turbomachine by at least the authorized pilot lane motor pump.
  • the first regulation loop 432 then establishes, during a step 508, a flow rate or hydraulic power setpoint for at least the motor pump of the authorized control channel from the flow rate of the fluid or the hydraulic power determined.
  • the piloting authorization is transferred to the other piloting channel, here the second piloting channel 454, during a step referenced 510.
  • the first piloting channel 452 no longer has the authority to pilot the or motor pumps.
  • Only the second control channel 454 has "full authority" and can establish hydraulic flow or power setpoints in order to control the motor pumps 412, 414 during operation of the turbomachine.
  • FIG. 4 to 6 illustrate three embodiments of this piloting method. More specifically, each FIG. 4 to 6 illustrates a decision matrix corresponding to an embodiment of the control method, these decision matrices illustrating normal operation of the control channel having authority and three different cases of failure that may occur in this channel. piloting.
  • each control loop 432, 434 is intended to drive a single electric motor or motor pump 412, 414.
  • the regulation loops 432 and 434 of the computer advantageously communicate with each other by a so-called “interchannel” connection 460 between the two regulation loops, allowing a exchange of data between the two control channels.
  • the third embodiment of the invention illustrated in Figure 6 corresponds to an improved control method in which each control loop 432, 434 is authorized to jointly and directly control the two motor pumps 412, 414 of the system.
  • control channel having authority is the control channel whose regulation loop is represented in bold lines.
  • FIGS. 4A to 4D illustrate a decision matrix of a first embodiment of the steering method in which each regulation loop 432, 434 is intended to drive a single electric motor or motor pump 412, 414.
  • FIG. 4A represents the case of normal operation in which all the elements of the control channel are operational, that is to say all the elements of the first piloting channel 452 which in this illustrated example has authority.
  • the second control channel 454 is on standby or “stand-by”.
  • saying that the control channel 454 is on stand-by means that the output signal from the regulation loop 434 is not applied to the second motor pump 414, as shown by a switch in the open position.
  • the second control loop 434 does not have the authority to control the second motor pump 414.
  • the first motor pump 412 provides all of the flow rate or the hydraulic power requested by the turbine engine, on power or flow set point established by the first control loop 432 of the control channel which has authority.
  • the control channel in control In the event of a failure in the channel in control, that is to say the control channel which has authority (regulation loop in bold in the figures), whether it is a failure of the regulation loop 432 (FIG. 4B) , of the acquisition unit 442 or of one of its essential sensors (FIG. 4C) or of the motor pump 412 (motor and/or pump) (FIG. 4D) of the channel in control: there is switching of the channels of piloting in standby and in control.
  • the control authorization is transferred from the first control channel 452 to the second control channel 454.
  • the first control channel 452 is then on hold as shown by a switch in the open position at the output of the first loop regulation 432 while the switch at the output of the second regulation loop 434 is in the closed position.
  • the second control channel 454 has full authority to control the second motor pump 414 by establishing a flow rate or hydraulic power setpoint from the data transmitted by the second acquisition unit 444.
  • the second regulation loop 434 drives the motor pump 414 which then supplies all of the hydraulic power required for the operation of the turbomachine.
  • this step of transfer of authority or switching of piloting channel in the event of failure of an element of the piloting channel having authority can lead to a non-negligible transient state, due to the time necessary for the second motor pump 414 to take over the entire power load hitherto carried out by the first motor pump 412.
  • this method responds to a philosophy of piloting and therefore of managing breakdowns of current aeronautical turbomachines in a piloting channel having a regulation loop having piloting authority only over a single motor-driven pump.
  • FIGS. 5A to 5D represent a decision matrix corresponding to a second embodiment of the control method of FIG. 3, advantageously making it possible to reduce the duration of the transient state.
  • This second embodiment is particularly suitable for pumping and metering systems in which the two regulation loops 432, 434 of the electronic computer 430 are adapted to exchange data via a so-called "interchannel" link 460.
  • the data exchanged are measurements or diagnostic data provided by the acquisition units 442, 444 or else a setpoint established by a regulation loop of the piloting channel in control to pilot the motor pump of the other piloting channel.
  • the piloting channel having authority receives data both from the first acquisition unit 442 and from the second acquisition unit 444. Then the regulation loop 432 of the first control channel 452 (having authority) determines from these data the flow rate of the fluid or the hydraulic power to be supplied to the turbine engine by each of the motor pumps 412, 414 (step 506 of FIG. 3) and establishes a flow rate or hydraulic power setpoint for each motor pump 412 , 414 in order to be able to control them simultaneously for the operation of the turbine engine (step 508 of FIG. 3).
  • the regulation loop 432 of the first control channel 452 determines a distribution of the flow rates or hydraulic powers to be supplied to the turbomachine by each electric motor or motor pump 412, 414, based in particular on the data exchanged between the two regulation loops via the interchannel link 460.
  • the second regulation loop 434, of the standby control channel 454, can in this case be enabled to control the second motor pump 414, with limited authority, to supply part of the hydraulic flow or power necessary for the turbomachine.
  • limited authority it is meant that the second control loop 434, of the standby control channel 454, controls the second motor pump 414 from the set point established by the first control loop 432 of the first control channel 452 (having full authority).
  • the second control loop 434, of the standby control channel 454 does not establish the setpoint for controlling the second motor pump 414, it receives it from the first control loop 432.
  • the control channel having authority is the first control channel 452 (shown in bold) which determines the total flow rate or total hydraulic power necessary for the turbomachine and distributes it between the two motor pumps 412, 414 active.
  • the second control loop 434 of the second control channel 454 is on standby, with a "limited authority", to transmit the flow rate or hydraulic power setpoint established by the first regulation loop 432 to the second motor pump 414 in order to control it.
  • the second regulation loop 434 (“having authority”) establishes a setpoint in this direction.
  • the second motor pump 414 was already in operation or “under load”, it sees a less pronounced transient regime than for the first embodiment of the control method of FIGS. 4A to 4D.
  • FIGS. 6A to 6D represent a decision or steering matrix corresponding to a third improved embodiment of the steering method of FIG. 3.
  • This third embodiment of the method is particularly suitable for pumping and metering systems in which each control loop 432, 434 is electrically connected to the two motor pumps 412, 414 and enabled to jointly control the two motor pumps 412, 414 of the pumping and metering system.
  • the two control loops 432, 434 of the electronic computer 430 can also be adapted to exchange data via a so-called “interchannel” link 460.
  • the piloting channel having authority is the first piloting channel 452 whose regulation loop 432 is connected to the two motor pumps 412, 414.
  • the first regulation loop 432 determines the flow rate of the fluid or the hydraulic power to be supplied to the turbine engine by each of the motor pumps 412, 414 based on data from at least the first unit acquisition 442.
  • the regulation loop 432 of the first control channel 452 (having authority) determines a distribution of the flow rates or hydraulic powers to be supplied to the turbomachine by each electric motor or motor pump 412, 414. Then, it establishes a flow rate or hydraulic power setpoint for each motor pump 412, 414 in order to be able to control them directly and simultaneously for the operation of the turbomachine (step 508 of FIG. 3).
  • the second regulation loop 434 of the standby channel 454 does not establish any control setpoint for the motor pumps and does not control any of the motor pumps as schematized by the switches in the open position connected respectively to the first motor pump 412 and to the second motor pump 414 at the output of the second regulation loop 434. That is to say from the regulation loop 432 (FIG. 6B) and/or from the acquisition unit 442 (FIG. 6C), the control authority and consequently the establishment of the flow rate or hydraulic power setpoints are transferred from the first regulation loop 432 to the second regulation loop 434, which becomes the regulation loop of the control channel having authority.
  • control loop 434 of the second control channel 454 determines a distribution of the flow rates or hydraulic powers to be supplied to the turbine engine by each electric motor or motor pump 412, 414. Then, it establishes a flow setpoint or of hydraulic power for each motor pump 412, 414 in order to be able to control them directly and simultaneously for the operation of the turbomachine.
  • the second regulation loop 434 of the control channel has authority (control channel 454) is capable of establishing a hydraulic flow or power setpoint to control the second motor pump 414, the only functional motor pump, so that it provides the entire flow or the hydraulic power necessary for the operation of the turbomachine.
  • the regulation loop 434 is also able to establish a flow rate or hydraulic power setpoint to control the first motor pump 412, the only functional motor pump, so that that it provides all of the hydraulic flow or power necessary for the operation of the turbomachine.
  • the first control channel 452 has authority: if one of the motor pumps has a failure, the first control loop 432 of the control channel having authority is able to establish a setpoint in hydraulic flow or power to control the other of the still functional motor pumps, so that the latter provides all of the hydraulic flow or power necessary for the operation of the turbomachine.
  • FIGS. 7 and 8 illustrate load laws for the two motor pumps corresponding to the decision matrices of the second and third embodiments of the control method described above (FIGS. 5 and 6) in the case of an equitable distribution of the powers between the two motor pumps: figure 7 for an “all operational” mode of operation and figure 8, in the event of failure of one of the motor pumps.
  • FIGS. 7 and 8 illustrate load laws for the two motor pumps corresponding to the decision matrices of the second and third embodiments of the control method described above (FIGS. 5 and 6) in the case of an equitable distribution of the powers between the two motor pumps: figure 7 for an “all operational” mode of operation and figure 8, in the event of failure of one of the motor pumps.
  • the flow rate or hydraulic power supplied by the second motor pump becomes zero (curve referenced C24) while the another motor pump 412 takes over and then supplies all of the flow rate or hydraulic power required for the operation of the turbomachine (curve referenced C24).
  • Each motor pump is then sized to be able to provide all of the power required by the turbomachine.
  • the distribution of flow rate or hydraulic power to be supplied by the two motor pumps can be fair or unspecified.
  • one motor pump can provide the power corresponding to the anti-extinguishing flow of the turbomachine and the other the complement.
  • the flow distribution can be established according to the operating point of the turbomachine, the state of health of each control loop of the electronic computer, the state of health of each motor pump, the extinction margin or pumping, the current acceleration/deceleration, the power supplied by the turbine engine, the flight conditions or even a combination of all these factors.
  • FIG. 9 represents by a graph the evolution of the total hydraulic flow or power (referenced curve C10) available for the turbomachine, the evolution of the hydraulic flow or power of the first motor pump (referenced curve C32), the evolution of the flow or hydraulic power of the second motor pump (curve referenced C34) as a function of the power of the turbomachine, from start-up to the maximum power of the turbomachine when everything is operational and in the case of a static distribution, depending solely on the power of the turbomachine.
  • the power supplied by the second motor pump corresponds from idling of the turbomachine to the flow rate or anti-extinction hydraulic power of the turbomachine and the first motor pump supplies the additional flow rate or hydraulic power (curve referenced C34). It is understood that the distribution may depend on the static or dynamic conditions of the operating point mentioned above.
  • the method of control according to the invention advantageously comprises a step of alternating the so-called privileged pump each time the turbomachine is started in order to standardize the wear of the two motor pumps.
  • the fuel flow requested by the combustion chamber is very low compared to the flow rates requested in flight. Nevertheless, it requires good metering precision to enable the combustion chamber to be ignited under good conditions.
  • controlling an electric motor can be tricky at low load.
  • the accuracy of a low power pump is difficult to ensure and requires tight manufacturing tolerances, matching or costly adjustments.
  • the control method according to the invention comprises a prior step during which, when starting the turbomachine and until a idle speed, only one of the motor pumps supplies the entire flow rate or power required by the turbomachine as illustrated in FIG.
  • a start attempt can fail for different reasons. The failure to start may be due to conditions exogenous to the metering and pressurization system, such as, for example, a fault in the ignition system (spark plugs) of the combustion chamber or a breakdown in a fuel distribution valve; or else under endogenous conditions, that is to say that the motor pump used is actually failing to follow the flow setpoint.
  • the piloting method according to the invention advantageously comprises a so-called “second chance start” step.
  • the computer detects a failed start, it cuts the starting accessories (starter, starter solenoid valve and igniters), waits for the gas generator speed to decrease sufficiently, then makes a second start attempt with the other motor pump, all of this automatically. If indeed the second attempt to start succeeds with this other motor pump, this may be a sign of a clear breakdown or a harbinger of degradation of the first motor pump. Provision can then advantageously be made to record corresponding information, as data useful for maintenance.
  • each motor-driven pump can be required to supply all of the power demanded by the turbomachine and in particular the maximum power demanded by the turbomachine. , the two pumps and their electric motors are therefore sized accordingly.
  • each motor pump of the pumping and metering system is sized to provide only the maximum between: - the maximum flow rate or power required in the configuration where the two turbines are operational (AEO Regime for "Ail Engines Operative” in English),
  • control method according to the invention further comprises a step of monitoring or "monitoring" in English of the efficiency of the motor pumps by comparing the power of the electric motor with the speed of rotation of the pump to which it is coupled and the power and/or speed of the motor pump with the power of the turbine. This step makes it possible to monitor the state of health of each motor pump.
  • this monitoring step is carried out for the same pump at a given speed or during start-up of the turbine, at low flow rate.
  • the diagnosis concerning the state of health of the pump can advantageously be carried out by comparing the efficiency of the two pumps on similar speeds or between each start, if there is an alternation of the motor pumps at start-up.
  • the three embodiments of a control method according to the invention as described above can be advantageously implemented by a system for pumping and metering a fluid according to the invention as described above.
  • the second and third embodiments (FIGS. 5 and 6) of the control method according to the invention also allow hydraulic flow or power to be shared between the motor pumps, with the advantageous technical effects of allowing optimization of the sizing of the motor pumps, improve their aging and their response time in the event of failure of an element of the control channel having authority.

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Abstract

L'invention propose un système de pompage et de dosage (400) d'un fluide (10) pour turbomachine comprenant au moins une pompe (412,414) du fluide et un calculateur électronique (430) configuré pour déterminer le débit du fluide à distribuer à la turbomachine, le système de pompage et de dosage étant caractérisé en ce qu'il comporte un premier moteur électrique et un deuxième moteur électrique, chacun configuré pour entraîner la au moins une pompe et en ce que le calculateur électronique comporte une première boucle de régulation (432) destinée à piloter au moins le premier moteur électrique et une deuxième boucle de régulation (434) destinée à piloter au moins le deuxième moteur électrique.

Description

DESCRIPTION
TITRE : SYSTEME DE POMPAGE ET DE DOSAGE D’UN FLUIDE POUR TURBOMACHINE ET PROCEDE DE PILOTAGE D’UN TEL SYSTEME
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un système de pompage et de dosage d’un fluide pour turbomachine, une turbomachine le comprenant et un procédé de pilotage d’un tel système.
Arrière-plan technique
Dans le domaine aéronautique, les turbomachines comprennent de nombreux organes de pompage de fluide, par exemple un organe de pompage principal d’un circuit carburant d’une turbomachine, un organe de pompage basse pression d’un circuit carburant d’une turbomachine ou un organe de pompage d’un circuit huile d’une turbomachine. Ces circuits de fluide nécessitent une génération de puissance hydraulique et éventuellement le dosage du débit du fluide.
En général, la génération de puissance hydraulique principale est réalisée au moyen d’une ou plusieurs pompes (pompe(s) dite(s) haute pression) entraînée(s) mécaniquement via le générateur de gaz de la turbomachine. Le bon fonctionnement de la (des) pompe(s) haute pression peut nécessiter une génération de puissance hydraulique d’appoint en amont qui peut être réalisée au moyen d’une ou plusieurs pompes (pompe(s) dite(s) basse pression, ou « engine booster pump » en anglais) entraînées elles aussi mécaniquement via le générateur de gaz de la turbomachine. Le dosage en carburant, en aval des pompes hautes pressions, est généralement réalisé par un dispositif hydraulique piloté par un contrôleur électronique. Néanmoins, les pompes entraînées mécaniquement présentent de nombreux inconvénients. En effet, la ou les pompe(s) est(sont) dimensionnée(s) pour le pire cas de fonctionnement, par exemple pompe vieillie, pires conditions du domaine de vol, pire température du fluide... Ainsi, la puissance hydraulique délivrée par la ou les pompes est en général supérieure au besoin courant de la turbomachine engendrant un prélèvement de puissance mécanique non nécessaire sur le générateur de gaz et une élévation de la température du fluide. En outre, la masse de l’entraînement mécanique (pignons d’entraînement et carters du réducteur) et des composants ou organes hydrauliques eux-mêmes (pompes, vannes de dosage, régulateur de pression) est importante.
De plus, l’ensemble du dispositif de dosage du fluide nécessaire pour assurer la précision de dosage demandée par la régulation est très complexe.
Par ailleurs, sur les circuits carburant des turbomachines de propulsion aéronautiques existantes, telles qu’un turbomoteur d’hélicoptère, turbofan ou turbopropulseur d’avion, les organes de contrôle et d’actionnement sont généralement redondants contrairement aux organes hydromécaniques de dosage (régulateur de pression différentielle, vanne). Dans ce cas, un blocage du système de dosage entraîne une perte de l’opérabilité de la turbomachine. Or la suppression de l’entraînement mécanique des pompes huile et carburant est une étape essentielle vers la suppression totale de la boite accessoire des turbomachines permettant notamment un gain de prélèvement de puissance mécanique sur le générateur de gaz. Ainsi, sur certaines applications, la turbomachine utilise une pompe principale haute pression, appelée aussi pompe doseuse, comportant un moteur électrique pour l’entraîner, qui assure à la fois la génération principale de puissance hydraulique et le dosage du débit du carburant. En revanche, ces pompes doseuses, encore appelées "motopompes", sont des organes simplex, c’est-à-dire qu’une panne de la motopompe entraîne l’arrêt de l’alimentation en carburant ou de la lubrification de la turbomachine conduisant à un arrêt moteur en vol.
La présente invention a pour but de remédier à au moins une partie de ces inconvénients.
Résumé de l'invention
L’invention propose un système de pompage et de dosage d’un fluide pour turbomachine comprenant une première et une deuxième motopompes du fluide et un calculateur électronique configuré pour déterminer le débit du fluide à distribuer à la turbomachine, chaque motopompe comportant une pompe et un moteur configuré pour entraîner la pompe, le système de pompage et de dosage étant caractérisé en ce que le calculateur électronique comporte une première boucle de régulation destinée à piloter au moins la première motopompe et une deuxième boucle de régulation destinée à piloter au moins la deuxième motopompe, et dans lequel la première motopompe et la deuxième motopompe sont agencées en série entre un réservoir de fluide et un organe de la turbomachine à alimenter en fluide.
Ainsi, l’invention propose une alternative aux systèmes de dosage et pressurisation de fluide entraînés mécaniquement offrant le même niveau de sécurité que ces derniers.
En outre, l’invention permet un gain de masse pour le système de pompage et de dosage.
Le système de pompage et de dosage d’un fluide selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - le système de pompage et de dosage d’un fluide est configuré pour générer un débit du fluide, le fluide étant du carburant ou de l’huile de lubrification ;
- le système de pompage et de dosage d’un fluide est configuré pour mettre en pression le fluide, le fluide étant du carburant destiné à l’alimentation d’un système de dosage principal de la turbomachine ;
- le système de pompage et de dosage d’un fluide comprend un premier dispositif d’anti-retour agencé en parallèle de la pompe de la première motopompe et un deuxième dispositif d’anti retour agencé en parallèle de la pompe de la deuxième motopompe.
La présente invention concerne également une turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un système de pompage et de dosage d’un fluide selon l’invention et tel que décrit précédemment.
La présente invention concerne également un aéronef comportant au moins une telle turbomachine.
La présente invention concerne également un procédé de pilotage d’un tel système de pompage et de dosage d’un fluide, une première voie de pilotage comportant une première unité d’acquisition, la première boucle de régulation du calculateur électronique et au moins le moteur électrique de la première motopompe et une deuxième voie de pilotage comportant une deuxième unité d’acquisition, la deuxième boucle de régulation du calculateur électronique et au moins le moteur électrique de la deuxième motopompe, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à : a) autoriser la première voie de pilotage comportant la première boucle de régulation à piloter au moins la première motopompe ; b) établir une consigne de puissance hydraulique ou de débit pour au moins la première motopompe de la première voie de pilotage autorisée par la première boucle de régulation à partir de données fournies par au moins la première unité d’acquisition de la première voie de pilotage autorisée ; et c) en cas de panne d’au moins un élément choisi dans la liste comportant la première unité d’acquisition, la première boucle de régulation et au moins le moteur électrique ou la pompe de la motopompe de la première voie de régulation autorisée, transférer l’autorisation de pilotage de la première voie de pilotage à la deuxième voie de pilotage, et établir une consigne de puissance hydraulique ou de débit pour au moins la motopompe de la deuxième voie de pilotage autorisée par la deuxième boucle de régulation à partir de données fournies par au moins la deuxième unité d’acquisition de la deuxième voie de pilotage autorisée.
Ainsi, en fonctionnement nominal, les deux motopompes sont commandées pour fournir toutes les deux le débit demandé. Dans ce cas, la puissance nécessaire au pompage est répartie entre les deux motopompes. Ainsi, en cas de panne d’une des motopompes, l’autre est déjà commandée à la vitesse de rotation adaptée au débit demandé. Il n’y a donc pas de perturbation sur le débit lors de l’apparition de la panne. De plus, il n’est même pas impératif de détecter la panne d’une motopompe pour adapter la commande de l’autre.
En outre, le procédé de pilotage selon l’invention permet un partage de débit ou puissance hydraulique entre les motopompes, avec pour effets techniques avantageux de permettre une optimisation du dimensionnement des motopompes, d'améliorer leur vieillissement et leur temps de réponse en cas de défaillance d’un élément de la voie de pilotage ayant autorité.
Le procédé de pilotage selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :
- chaque boucle de régulation d’une voie de pilotage est destinée à piloter un unique moteur électrique ;
- chaque boucle de régulation d’une voie de pilotage est habilitée à piloter les premier et deuxième moteurs électriques ;
- l’établissement d’une consigne de débit ou puissance hydraulique comprend une étape consistant à établir une répartition de puissance hydraulique ou de débit à fournir à la turbomachine entre les deux moteurs électriques ;
- le débit ou puissance hydraulique à fournir est équitablement répartie entre les deux moteurs électriques ;
- la première boucle de régulation et la deuxième boucle de régulation sont adaptées pour échanger des données ;
- en cas de panne d’au moins un élément de la première voie de pilotage autorisée parmi la première boucle de régulation, le premier moteur électrique et la première pompe, la consigne de débit ou puissance hydraulique est appliquée en intégralité sur le deuxième moteur électrique ;
- chaque voie de pilotage est adaptée pour piloter le premier moteur électrique et le deuxième moteur électrique, et la première boucle de régulation est configurée pour piloter conjointement le premier moteur électrique et le deuxième moteur électrique selon la consigne de débit ou puissance hydraulique établie sauf en cas de panne d’au moins un élément de la première voie de pilotage autorisée ;
- en cas de panne d’au moins un élément de la première voie de pilotage parmi la première boucle de régulation et la première unité d’acquisition, la deuxième boucle de régulation est connectée et configurée pour piloter conjointement le premier moteur électrique et le deuxième moteur électrique selon une consigne de débit ou puissance établie par la deuxième boucle de régulation de la deuxième voie de pilotage à laquelle l’autorisation est transférée ;
- en cas de panne d’une pompe ou du premier moteur électrique, la consigne de débit ou puissance hydraulique est telle que l’autre pompe reliée au deuxième moteur électrique fournit l’intégralité du débit ou de la puissance hydraulique à la turbomachine ;
- le procédé de pilotage comporte une étape préalable durant laquelle lors du démarrage de la turbomachine et jusqu’à établissement d’un régime ralenti, seule une pompe fournit l’intégralité de la puissance à la turbomachine ;
- le procédé de pilotage comporte une étape d’alternance de la pompe fournissant l’intégralité de la puissance demandée à chaque démarrage de la turbomachine ; - la répartition de débit ou puissance est établie en fonction d’au moins un facteur parmi le point de fonctionnement de la turbomachine, l’état de santé de chaque boucle de régulation du calculateur, l’état de santé de chaque motopompe, la marge à l’extinction ou au pompage, l’accélération/décélération courante, la puissance fournie par la turbomachine, les conditions de vol ;
- le procédé de pilotage comporte une étape de suivi de l’efficacité des moteurs électriques et de la ou des pompes ;
- le fluide est du carburant ou de l’huile de lubrification.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d’un système de pompage et de dosage d’un fluide selon un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 2 illustre une généralisation d’un système de pompage et de dosage d’un fluide selon l’invention adapté pour mettre en œuvre un procédé de pilotage selon l’invention ; - la figure 3 est un schéma-blocs illustrant des étapes d’un mode de réalisation d’un procédé de pilotage d’un système de pompage et de dosage d’un fluide selon l’invention ;
- la figure 4A illustre un procédé de pilotage selon un premier mode de réalisation de l’invention en fonctionnement normal ; - la figure 4B illustre le procédé de pilotage selon le premier mode de réalisation de l’invention en cas de panne d’un canal du calculateur ;
- la figure 4C illustre le procédé de pilotage selon le premier mode de réalisation de l’invention en cas de panne d’un capteur ;
- la figure 4D illustre le procédé de pilotage selon le premier mode de réalisation de l’invention en cas de panne d’une motopompe ;
- la figure 5A illustre un procédé de pilotage selon un deuxième mode de réalisation de l’invention en fonctionnement normal ;
- la figure 5B illustre le procédé de pilotage selon le deuxième mode de réalisation de l’invention en cas de panne d’un canal du calculateur ;
- la figure 5C illustre le procédé de pilotage selon le deuxième mode de réalisation de l’invention en cas de panne d’un capteur ;
- la figure 5D illustre le procédé de pilotage selon le deuxième mode de réalisation de l’invention en cas de panne d’une motopompe ; - la figure 6A illustre un procédé de pilotage selon un troisième mode de réalisation de l’invention en fonctionnement normal ; - la figure 6B illustre le procédé de pilotage selon le troisième mode de réalisation de l’invention en cas de panne d’un canal du calculateur ;
- la figure 6C illustre le procédé de pilotage selon le troisième mode de réalisation de l’invention en cas de panne d’un capteur ;
- la figure 6D illustre le procédé de pilotage selon le troisième mode de réalisation de l’invention en cas de panne d’une motopompe ; - la figure 7 illustre un exemple de loi de charge des motopompes applicable aux procédés de pilotage des figures 5 et 6 en mode de fonctionnement « tout opérationnel » ;
- la figure 8 illustre un exemple de loi de charge des motopompes applicable aux procédés de pilotage des figures 5 et 6 en cas de panne d’une des motopompes ;
- la figure 9 illustre un autre exemple de loi de charge des motopompes en fonction de la phase de fonctionnement de la turbomachine pour les procédés de pilotage des figures 5 et 6 ;
- la figure 10 illustre un autre exemple de loi de charge des motopompes entre le démarrage et le ralenti de la turbomachine pour les procédés de pilotage des figures 5 et 6 ; - la figure 11 illustre un exemple de loi de charge des motopompes pour les procédés de pilotage des figures 5 et 6 dans le cas particulier où il existe un régime de puissance d’urgence.
Sur les différentes figures, les éléments analogues sont désignés par des références identiques. En outre, les différents éléments ne sont pas nécessairement représentés à l’échelle afin de présenter une vue permettant de faciliter la compréhension de l’invention. Par convention, dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation du fluide dans une pompe.
Description détaillée de l'invention
Bien que l’exemple décrit concerne un système de pompage et de dosage de carburant configuré pour générer un débit de carburant, il est clair que cet exemple n’est pas limitatif et que l’invention s’applique également à tout autre système de génération de puissance hydraulique d’un fluide aéronautique, nécessitant plus ou moins de précision de contrôle. Par exemple, l'invention pourrait s'appliquer à un système de génération de pression d’appoint de carburant situé en amont d’un système de génération de puissance hydraulique principal, ou à un système de génération de débit d’huile utilisé pour la lubrification ou le refroidissement des turbomachines.
L’invention propose un système de pompage et de dosage d’un fluide notamment pour turbomachine comprenant deux pompes hydrauliques du fluide, chacune configurée pour être entraînée par un moteur électrique et pour être pilotée par un calculateur électronique bi-canaux pour piloter les moteurs électriques entraînant les pompes.
La figure 1 illustre un mode de réalisation d’un système de pompage et de dosage 300 selon l’invention, à deux pompes hydrauliques 312, 314 agencées en série entre un réservoir de fluide (entrée de fluide) et un organe de la turbomachine à alimenter en fluide.
Chaque pompe 312, 314 est entraînée par un moteur électrique respectif et dédié, 322, 324. En d’autres termes, la première pompe 312 est entraînée par un moteur électrique dit premier moteur électrique 322 et la deuxième pompe 314 est entraînée par un autre moteur électrique, dit deuxième moteur électrique 324. Chaque pompe hydraulique 312, 314 peut être, par exemple, une pompe centrifuge ou une pompe volumétrique, par exemple du type à engrenages, à palettes ou gerotor, ou tout autre technologie de pompe permettant de générer de la puissance hydraulique. Chaque moteur électrique 322, 324 est alimenté par une source de puissance électrique non représentée sur la figure 1.
En outre, un moteur électrique peut être intégré dans une pompe hydraulique. Un tel assemblage est connu sous le nom de motopompe. Dans la suite de la description, on désigne un ensemble moteur+pompe par le terme motopompe.
Avantageusement, deux dispositifs d’anti-retour du débit 326, 328, sont prévus, tels que par exemple un clapet anti-retour ou tout autre organe permettant de réaliser cette fonction. Chaque dispositif d’anti-retour du débit 326, 328 est agencé en parallèle sur une pompe respective. Les deux clapets sont agencés en série entre le réservoir de fluide et l'organe à alimenter. Ces dispositifs d’anti-retour du débit 326, 328 permettent de compenser d’éventuels écarts de débit entre les deux pompes, ou d’assurer un chemin privilégié pour le fluide en cas de l’arrêt d’une des pompes (dérivation).
Le système de pompage et de dosage 300 comprend en outre un calculateur électronique (non illustré sur la figure 1 ) pour piloter les moteurs électriques commandant la pompe. Le calculateur électronique comporte des boucles de régulation indépendantes les unes des autres, fournissant une commande ou consigne de pilotage à chaque moteur électrique du système de pompage et de dosage.
De préférence, chaque boucle de régulation établit sa consigne de pilotage à partir de données fournies par un ensemble de capteurs respectifs.
Dans le cas de pompes évoluées, intégrant de l'électronique et des capteurs par exemple de vitesse ou de température de fluide, ces données peuvent être également transmises au calculateur électronique, par une interface de communication ad hoc, par exemple une liaison numérique, pour prise en compte dans les boucles de régulation. Deux voies de pilotage/commande des pompes hydrauliques sont ainsi établies permettant de mettre en œuvre un pilotage électronique redondé capable de satisfaire aux exigences de sécurité imposées. Chaque voie de régulation inclut un ensemble de capteurs fournissant des données d'entrée, une boucle de régulation du calculateur électronique, un moteur électrique jusqu'à une pompe hydraulique.
La figure 2 illustre un système de pompage et de dosage 400 selon l'invention comprenant deux moteurs électriques pour piloter la distribution de fluide vers l'organe à alimenter, notamment par le contrôle du débit de fluide. Chaque moteur électrique entraîne une pompe propre, l'ensemble moteur+pompe étant désigné par le terme motopompe dans la suite de la description.
Le système de pompage et de dosage 400 comprend donc deux motopompes 412, 414. Les motopompes 412, 414 sont agencées en série telles qu’illustrées sur la figure 1.
A chaque motopompe, 412, 414, correspond une boucle de régulation propre 432, 434 d’un calculateur électronique 430. Chaque boucle de régulation reçoit des données propres d'une unité d’acquisition, 442, 444, pour établir une consigne de puissance pour la motopompe associée, 412, 414. Les données sont celles fournies par un ou des capteurs externes, et/ou par chaque pompe, quand les pompes intègrent une électronique correspondante. En d’autres termes, le calculateur électronique 430 comporte une première boucle de régulation 432 fournissant une commande ou consigne de pilotage au premier moteur électrique de la première motopompe 412 et une deuxième boucle de régulation 434 indépendante, fournissant une commande de pilotage au deuxième moteur électrique de la deuxième motopompe 414.
Le calculateur électronique 430 est configuré pour déterminer le débit du fluide à distribuer par chaque motopompe à partir des données acquises par ces unités d’acquisition 442, 444, dans chacune des deux boucles de régulation.
Une telle architecture définit deux voies de pilotage 452, 454, ayant chacune son unité d’acquisition 442, 444, sa boucle de régulation 432, 434 du calculateur et sa motopompe 412, 414. En d’autres termes, une première voie de pilotage 452 comporte la première unité d’acquisition 442, la première boucle de régulation 432 du calculateur et la première motopompe 412. De même, une deuxième voie de pilotage 454 comporte la deuxième unité d’acquisition 444, la deuxième boucle de régulation 434 du calculateur et la deuxième motopompe 414.
Une telle architecture d'un système de pompage et de dosage selon l'invention permet la mise en œuvre d'un procédé de pilotage perfectionné, intégrant une gestion des pannes satisfaisant aux critères de sécurité imposés dans les véhicules du domaine aéronautique....
Un tel procédé perfectionné selon l’invention va maintenant être détaillé en regard de la figure 3.
La figure 3 illustre les étapes d'un procédé de pilotage 500 selon l’invention du système de pompage et de dosage 400 de la figure 2, dans lequel chaque boucle de régulation 432, 434 est destinée à piloter au moins un moteur électrique ou motopompe 412, 414.
Le procédé 500 comprend au moins les étapes suivantes :
- Au cours d’une étape 502, autoriser une voie de pilotage parmi la première voie de pilotage 452 et la deuxième voie de pilotage 454 à piloter au moins une des motopompes 412, 414. En d’autres termes, cette voie de pilotage a « pleine autorité », c’est la seule voie de pilotage qui peut établir des consignes de débit ou puissance hydraulique afin de contrôler la ou les motopompes 412, 414 au cours du fonctionnement de la turbomachine. Par la suite, on appellera « la boucle de régulation ayant autorité », la boucle de régulation de la voie de pilotage ayant pleine autorité.
Par la suite, la première voie de pilotage 452 est choisie arbitrairement comme la voie ayant autorité ou voie de contrôle.
- Réception par la première boucle de régulation 432 du calculateur électronique 430 de données d’acquisition d’au moins l’unité d’acquisition de la voie de pilotage autorisée, ici la première unité d’acquisition 442, au cours d’une étape référencée 504.
- Au cours d’une étape 506, la boucle de régulation de la voie de pilotage autorisée, ici la première boucle de régulation 432 détermine, à partir des données d’acquisition reçues, le débit du fluide ou la puissance hydraulique à fournir à la turbomachine par au moins la motopompe de la voie de pilotage autorisée.
- La première boucle de régulation 432 établit ensuite, au cours d’une étape 508, une consigne de débit ou de puissance hydraulique pour au moins la motopompe de la voie de pilotage autorisée à partir du débit du fluide ou de la puissance hydraulique déterminé.
- En cas de panne d’au moins un élément de la voie de pilotage autorisée, c’est-à-dire de l’unité d’acquisition, de la boucle de régulation, du moteur électrique ou motopompe de la voie de pilotage autorisée, l’autorisation de pilotage est transférée à l’autre voie de pilotage, ici la deuxième voie de pilotage 454, au cours d’une étape référencée 510. Ainsi, la première voie de pilotage 452 n’a plus autorité pour piloter la ou les motopompes. Seule la deuxième voie de pilotage 454 a « pleine autorité » et peut établir des consignes de débit ou puissance hydraulique afin de contrôler la ou les motopompes 412, 414 au cours du fonctionnement de la turbomachine.
Les figures 4 à 6 illustrent trois modes de réalisation de ce procédé de pilotage. Plus précisément, chaque figure 4 à 6 illustre une matrice de décisions correspondant à un mode de réalisation du procédé de pilotage, ces matrices de décisions illustrant un fonctionnement normal de la voie de pilotage ayant autorité et trois cas différents de panne pouvant intervenir dans cette voie de pilotage. Dans le premier mode de réalisation représenté sur la figure 4, regroupant les figures 4A à 4D, chaque boucle de régulation 432, 434 est destinée à piloter un unique moteur électrique ou motopompe 412, 414.
Dans le deuxième mode de réalisation illustré sur la figure 5 (regroupant les figures 5A à 5D), les boucles de régulation 432 et 434 du calculateur communiquent avantageusement entre elles par une liaison dite « intervoie » 460 entre les deux boucles de régulation, permettant un échange de données entre les deux voies de régulation.
Le troisième mode de réalisation de l’invention illustré sur la figure 6 (regroupant les figures 6A à 6D) correspond à un procédé de pilotage perfectionné dans lequel chaque boucle de régulation 432, 434 est habilitée à piloter conjointement et directement les deux motopompes 412, 414 du système.
Sur ces figures, les éléments du système de pompage et de dosage schématisés en trait gras sont opérationnels et actifs, ceux en traits pointillés sont en panne, les autres sont inactifs ou en attente. Ainsi la voie de pilotage ayant autorité est la voie de pilotage dont la boucle de régulation est représentée en trait gras.
Les trois modes de réalisation du procédé vont maintenant être détaillés.
Les figures 4A à 4D illustre une matrice de décisions d’un premier mode de réalisation du procédé de pilotage dans lequel chaque boucle de régulation 432, 434 est destinée à piloter un unique moteur électrique ou motopompe 412, 414.
La figure 4A représente le cas de fonctionnement normal dans lequel tous les éléments de la voie de contrôle sont opérationnels, c’est-à-dire tous les éléments de la première voie de pilotage 452 qui dans cet exemple illustré a autorité.
La deuxième voie de pilotage 454 est en attente ou « stand-by ». En pratique, dire que la voie de pilotage 454 est en stand-by signifie que le signal de sortie de la boucle de régulation 434 n'est pas appliqué à la deuxième motopompe 414, comme cela est schématisé par un commutateur en position ouverte. Autrement dit la deuxième boucle de régulation 434 n’a pas autorité pour piloter la deuxième motopompe 414.
Dans ce cas, la première motopompe 412 fournit la totalité du débit ou de la puissance hydraulique demandée par la turbomachine, sur consigne de puissance ou de débit établie par la première boucle de régulation 432 de la voie de pilotage qui a autorité.
En cas de panne dans la voie en contrôle, c’est-à-dire la voie de pilotage qui a autorité (boucle de régulation en gras sur les figures), que ce soit une panne de la boucle de régulation 432 (figure 4B), de l’unité d'acquisition 442 ou d’un de ses capteurs essentiels (figure 4C) ou de la motopompe 412 (moteur et/ou pompe) (figure 4D) de la voie en contrôle : il y a commutation des voies de pilotage en attente et en contrôle. Ainsi, l’autorisation de contrôle est transférée de la première voie de pilotage 452 à la deuxième voie de pilotage 454. La première voie de pilotage 452 est alors en attente comme cela est schématisé par un commutateur en position ouverte en sortie de la première boucle de régulation 432 tandis que le commutateur en sortie de la deuxième boucle de régulation 434 est en position fermée.
La deuxième voie de pilotage 454 a la pleine autorité pour piloter la deuxième motopompe 414 en établissant une consigne en débit ou en puissance hydraulique à partir des données transmises par la deuxième unité d’acquisition 444. La deuxième boucle de régulation 434 pilote la motopompe 414 qui fournit alors la totalité de la puissance hydraulique demandée pour le fonctionnement de la turbomachine. En pratique, cette étape de transfert d’autorité ou de commutation de voie de pilotage en cas de panne d’un élément de la voie de pilotage ayant autorité peut entraîner un régime transitoire non négligeable, du fait du temps nécessaire à la deuxième motopompe 414 pour reprendre la totalité de la charge de puissance jusque-là effectuée par la première motopompe 412.
Néanmoins, ce procédé répond à une philosophie de pilotage et donc de gestion de pannes des turbomachines aéronautiques actuelles dans une voie de pilotage ayant une boucle de régulation n'ayant autorité de pilotage que sur une seule motopompe.
Les figures 5A à 5D représente une matrice de décisions correspondant à un deuxième mode de réalisation du procédé de pilotage de la figure 3, permettant avantageusement de réduire la durée du régime transitoire. Ce deuxième mode de réalisation est particulièrement adapté à des systèmes de pompage et de dosage dans lesquels les deux boucles de régulation 432, 434 du calculateur électronique 430 sont adaptées pour échanger des données par une liaison dite « intervoie » 460. Par exemple, les données échangées sont des mesures ou des données de diagnostic fournies par les unités d’acquisition 442, 444 ou bien une consigne établie par une boucle de régulation de la voie de pilotage en contrôle pour piloter la motopompe de l’autre voie de pilotage.
Selon ce mode de réalisation du procédé, au cours de l'étape 504 (figure 3) la voie de pilotage ayant autorité (i.e. la première voie de pilotage 452) reçoit des données à la fois de la première unité d’acquisition 442 et de la deuxième unité d’acquisition 444. Puis la boucle de régulation 432 de la première voie de pilotage 452 (ayant autorité) détermine à partir de ces données le débit du fluide ou la puissance hydraulique à fournir à la turbomachine par chacune des motopompes 412, 414 (étape 506 de la figure 3) et établit une consigne de débit ou de puissance hydraulique pour chaque motopompe 412, 414 afin de pouvoir les piloter simultanément pour le fonctionnement de la turbomachine (étape 508 de la figure 3). En d’autres termes, la boucle de régulation 432 de la première voie de pilotage 452 (ayant autorité) détermine une répartition des débits ou puissances hydrauliques à fournir à la turbomachine par chaque moteur électrique ou motopompe 412, 414, à partir notamment des données échangées entre les deux boucles de régulation via la liaison intervoie 460.
La deuxième boucle de régulation 434, de la voie de pilotage en attente 454, peut dans ce cas être habilitée à piloter la deuxième motopompe 414, avec une autorité limitée, pour fournir une partie du débit ou de la puissance hydraulique nécessaire à la turbomachine. Par autorité limitée, on entend que la deuxième boucle de régulation 434, de la voie de pilotage en attente 454, pilote la deuxième motopompe 414 à partir de la consigne établie par la première boucle de régulation 432 de la première voie de pilotage 452 (ayant pleine autorité). La deuxième boucle de régulation 434, de la voie de pilotage en attente 454 n’établit pas la consigne pour piloter la deuxième motopompe 414, elle la reçoit de la première boucle de régulation 432. Ce mode de réalisation du procédé permet avantageusement de réduire la durée du régime transitoire en cas de transfert d’autorité ou de commutation de voie.
Dans la situation de la figure 5A (cas normal), la voie de pilotage ayant autorité est la première voie de pilotage 452 (schématisée en gras) qui détermine le débit total ou puissance hydraulique totale nécessaire à la turbomachine et la répartit entre les deux motopompes 412, 414 actives. La deuxième boucle de régulation 434 de la deuxième voie de pilotage 454 est en attente, avec une "autorité limitée", pour transmettre la consigne en débit ou puissance hydraulique établie par la première boucle de régulation 432 à la deuxième motopompe 414 afin de la piloter.
En cas de panne dans la voie en contrôle 452, de la première boucle de régulation 432 ou de la première motopompe 412 associée, telles qu’illustrées en figures 5B et 5D par des traits pointillés, l’autorité de contrôle et par conséquent l’établissement des consignes de débit ou de puissance hydraulique sont transférés de la première boucle de régulation 432 à la deuxième boucle de régulation 434, qui devient la boucle de régulation de la voie de pilotage ayant autorité.
Dans ce cas, seule la deuxième motopompe 414 reste active et fournit la totalité du débit ou de la puissance hydraulique nécessaire au fonctionnement de la turbomachine, la deuxième boucle de régulation 434 (« ayant autorité ») établit une consigne en ce sens. Comme la deuxième motopompe 414 était déjà en fonctionnement ou « en charge », elle voit un régime transitoire moins prononcé que pour le premier mode de réalisation du procédé de pilotage des figures 4A à 4D.
En cas de défaillance de la première unité d’acquisition 442 (schématisée en traits pointillés) de la voie de pilotage 452 ayant autorité (Fig. 5C), c’est-à-dire en amont de la boucle de régulation 432, il y a également transfert de l’autorité de pilotage de la première voie de pilotage 452 à la deuxième voie de pilotage 454. Ainsi, la deuxième boucle de régulation 434 de la voie en contrôle détermine le débit total ou puissance hydraulique totale nécessaire à la turbomachine et la répartit entre les deux motopompes 412, 414 actives. La première boucle de régulation 432 de la première voie de pilotage 452 est alors en attente, avec une "autorité limitée", pour transmettre la consigne en débit ou puissance hydraulique établie par la deuxième boucle de régulation 434 à la première motopompe 412 afin de la piloter. Chaque boucle de régulation continue de piloter la motopompe qui lui est associée. Les figures 6A à 6D représente une matrice de décisions ou de pilotage correspondant à un troisième mode de réalisation perfectionné du procédé de pilotage de la figure 3. Ce troisième mode de réalisation du procédé est particulièrement adapté à des systèmes de pompage et de dosage dans lesquels chaque boucle de régulation 432, 434 est reliée électriquement aux deux motopompes 412, 414 et habilitée à piloter conjointement les deux motopompes 412, 414 du système de pompage et de dosage. Les deux boucles de régulation 432, 434 du calculateur électronique 430 peuvent en outre être adaptées pour échanger des données par une liaison dite « intervoie » 460.
En référence à la figure 6A relatif au cas normal de fonctionnement, la voie de pilotage ayant autorité (schématisée en trait gras) est la première voie de pilotage 452 dont la boucle de régulation 432 est connectée aux deux motopompes 412, 414.
Au cours de l’étape 506 (figure 3), la première boucle de régulation 432 détermine le débit du fluide ou la puissance hydraulique à fournir à la turbomachine par chacune des motopompes 412, 414 à partir de données d’au moins la première unité d’acquisition 442. En d’autres termes, la boucle de régulation 432 de la première voie de pilotage 452 (ayant autorité) détermine une répartition des débits ou puissances hydrauliques à fournir à la turbomachine par chaque moteur électrique ou motopompe 412, 414. Puis, elle établit une consigne de débit ou de puissance hydraulique pour chaque motopompe 412, 414 afin de pouvoir les piloter directement et simultanément pour le fonctionnement de la turbomachine (étape 508 de la figure 3).
Pendant ce temps, la deuxième boucle de régulation 434 de la voie en attente 454 n’établit aucune consigne de pilotage pour les motopompes et ne pilote aucune des motopompes tel que schématisé par les commutateurs en position ouverte reliés respectivement à la première motopompe 412 et à la deuxième motopompe 414 en sortie de la deuxième boucle de régulation 434. En cas de panne dans la voie de pilotage ayant autorité 452 d’au moins un élément en amont de la motopompe, c’est-à-dire de de la boucle de régulation 432 (Figure 6B) et/ou de l'unité d'acquisition 442 (Figure 6C), l’autorité de contrôle et par conséquent l’établissement des consignes de débit ou de puissance hydraulique sont transférés de la première boucle de régulation 432 à la deuxième boucle de régulation 434, qui devient la boucle de régulation de la voie de pilotage ayant autorité. Ceci est schématisé par le passage des commutateurs reliés respectivement aux motopompes 412, 414 en sortie de la première boucle de régulation 432 de la position fermée à la position ouverte. Ainsi, la boucle de régulation 434 de la deuxième voie de pilotage 454 (ayant autorité) détermine une répartition des débits ou puissances hydrauliques à fournir à la turbomachine par chaque moteur électrique ou motopompe 412, 414. Puis, elle établit une consigne de débit ou de puissance hydraulique pour chaque motopompe 412, 414 afin de pouvoir les piloter directement et simultanément pour le fonctionnement de la turbomachine.
Partant de l’une de ces situations des figures 6B ou 6C, et en cas de panne également de l’une des motopompes (dans le cas illustré sur la figure 6D, la première motopompe 412 est en panne), la deuxième boucle de régulation 434 de la voie de pilotage a autorité (voie de pilotage 454) est apte à établir une consigne en débit ou puissance hydraulique pour piloter la deuxième motopompe 414, seule motopompe fonctionnelle, de manière à ce que celle-ci fournisse l’intégralité du débit ou de la puissance hydraulique nécessaire au fonctionnement de la turbomachine. De façon similaire, si c'est la deuxième motopompe 414 qui est en panne, la boucle de régulation 434 est également apte à établir une consigne en débit ou puissance hydraulique pour piloter la première motopompe 412, seule motopompe fonctionnelle, de manière à ce qu’elle fournisse l’intégralité du débit ou de la puissance hydraulique nécessaire au fonctionnement de la turbomachine. Cela s’applique également à partir de la situation du cas illustré en figure 6A, dans lequel la première voie de pilotage 452 a autorité : si l’une des motopompes a une défaillance, la première boucle de régulation 432 de la voie de pilotage ayant autorité est apte à établir une consigne en débit ou puissance hydraulique pour piloter l’autre des motopompes encore fonctionnelle, de manière à ce que celle-ci fournisse l’intégralité du débit ou de la puissance hydraulique nécessaire au fonctionnement de la turbomachine. Comme dans le cas du deuxième mode de réalisation du procédé, le régime transitoire est amélioré puisque la ou les motopompes encore fonctionnelles étaient déjà en fonctionnement. Les figures 7 et 8 illustrent des lois de charge des deux motopompes correspondant aux matrices de décisions des deuxième et troisième modes de réalisation du procédé de pilotage décrits ci-avant (figures 5 et 6) dans le cas d’une répartition équitable des puissances entre les deux motopompes : la figure 7 pour un mode de fonctionnement « tout opérationnel » et la figure 8, en cas de panne d’une des motopompes. Ainsi, les figures 7 et 8 représentent chacune par un graphique l’évolution du débit ou puissance hydraulique totale (courbe référencée C10) disponible pour la turbomachine, l’évolution du débit ou puissance hydraulique de la première motopompe (courbes référencées C12, C22), l’évolution du débit ou puissance hydraulique de la deuxième motopompe (courbes référencées C14, C24) et de l’évolution du débit nominal ou puissance hydraulique nominale pour chaque motopompe (courbe référencée C16) en fonction de la puissance de la turbomachine, du démarrage à la puissance maximale de la turbomachine.
Dans la figure 7, la répartition de puissance hydraulique ou de débit à fournir étant équitable entre les deux motopompes 412, 414, celles-ci suivent la même loi de charge du démarrage de la turbine à la puissance maximum de fonctionnement de la turbomachine lorsque tout est opérationnel.
En regard de la figure 8, lorsqu’une des motopompes, ici la deuxième motopompe 414, est défaillante après la phase de démarrage de la turbine, le débit ou puissance hydraulique fourni pas la deuxième motopompe devient nulle (courbe référencée C24) tandis que l’autre motopompe 412 prend le relais et fournit alors l’intégralité du débit ou puissance hydraulique requise pour le fonctionnement de la turbomachine (courbe référencée C24). Chaque motopompe est alors dimensionnée afin de pouvoir fournir l’intégralité de la puissance demandée par la turbomachine.
Que ce soit pour le deuxième ou pour le troisième mode de réalisation du procédé de pilotage, la répartition de débit ou puissance hydraulique à fournir par les deux motopompes peut être équitable ou quelconque. Par exemple, une motopompe peut fournir la puissance correspondant au débit anti-extinction de la turbomachine et l’autre le complément.
La répartition de débit peut être établie en fonction du point de fonctionnement de la turbomachine, de l’état de santé de chaque boucle de régulation du calculateur électronique, de l’état de santé de chaque motopompe, de la marge à l'extinction ou au pompage, de l’accélération/décélération courante, de la puissance fournie par la turbomachine, des conditions de vol ou encore d’une combinaison de tous ces facteurs.
La figure 9 représente par un graphique l’évolution du débit ou puissance hydraulique totale (courbe référencée C10) disponible pour la turbomachine, l’évolution du débit ou puissance hydraulique de la première motopompe (courbe référencée C32), l’évolution du débit ou puissance hydraulique de la deuxième motopompe (courbe référencée C34) en fonction de la puissance de la turbomachine, du démarrage à la puissance maximale de la turbomachine lorsque tout est opérationnel et dans le cas d’une répartition statique, dépendant uniquement de la puissance de la turbomachine. Dans cet exemple, la puissance fournie par la deuxième motopompe (courbe référencée C34) correspond à partir du ralenti de la turbomachine au débit ou puissance hydraulique anti-extinction de la turbomachine et la première motopompe fournit le complément de débit ou puissance hydraulique (courbe référencée C34). Il est entendu que la répartition pourra dépendre des conditions statiques ou dynamiques du point de fonctionnement évoquées ci- dessus.
Dans le cas d’une répartition de débit ou de puissance hydraulique non équitable entre les motopompes, c’est-à-dire qu’une des motopompes dite privilégiée fournit un débit ou une puissance plus importante que l’autre motopompe, le procédé de pilotage selon l’invention comporte avantageusement une étape d’alternance de la pompe dite privilégiée à chaque démarrage de la turbomachine afin d’uniformiser l’usure des deux motopompes.
De plus, au cours du démarrage de la turbomachine, le débit carburant demandé par la chambre de combustion est très faible comparé aux débits demandés en vol. Néanmoins, il nécessite une bonne précision de dosage pour permettre d’allumer la chambre de combustion dans de bonnes conditions.
Par ailleurs, le pilotage d’un moteur électrique peut être délicat à faible charge. De plus, la précision d’une pompe à faible puissance est difficile à assurer et nécessite des tolérances de fabrication serrées, d’appariement ou de réglages coûteux.
Pour pallier à ces inconvénients et ainsi permettre une précision du dosage et de la mise en pression plus facilement atteignable, le procédé de pilotage selon l’invention comporte une étape préalable durant laquelle lors du démarrage de la turbomachine et jusqu’à établissement d’un régime ralenti, seule une des motopompes fournit l’intégralité du débit ou de la puissance demandée à la turbomachine tel qu’illustré sur la figure 10 qui représente par un graphique l’évolution du débit ou puissance hydraulique totale (courbe référencée C10) disponible pour la turbomachine, l’évolution du débit ou puissance hydraulique de la première motopompe (courbe référencée C42), l’évolution du débit ou puissance hydraulique de la deuxième motopompe (courbe référencée C44) en fonction de la puissance de la turbomachine, du démarrage à la puissance maximale de la turbomachine lorsque tout est opérationnel et que seule la première motopompe (courbe référencée C42) fournit l’intégralité du débit ou de la puissance demandée à la turbomachine du démarrage au ralenti de la turbomachine. On prévoit avantageusement dans cette étape préalable d'alterner la motopompe utilisée à chaque démarrage de la turbomachine afin d’uniformiser l’usure des deux motopompes et/ou de détecter une éventuelle détérioration d’une motopompe. En outre, une tentative de démarrage peut échouer pour différentes raisons. L'échec de démarrage peut tenir à des conditions exogènes au système de dosage et de pressurisation, comme par exemple un défaut du système d’allumage (bougies) de la chambre de combustion ou une panne d’un clapet de distribution du carburant ; ou bien à des conditions endogènes, c’est-à-dire que la motopompe utilisée est effectivement défaillante à suivre la consigne de débit.
Dans ce cas, le procédé de pilotage selon l’invention comporte avantageusement une étape dite de « démarrage de seconde chance ». Ainsi, lorsque le calculateur détecte un démarrage raté, il coupe les accessoires de démarrage (démarreur, électro-clapet de démarrage et allumeurs), attend que la vitesse du générateur de gaz décroisse suffisamment, puis refait une seconde tentative de démarrage avec l’autre motopompe, tout cela de manière automatique. Si en effet la deuxième tentative de démarrage réussit avec cette autre motopompe, cela peut être un signe d'une panne franche ou un signe avant-coureur de dégradation de la de la première motopompe. On peut alors prévoir avantageusement d'enregistrer une information correspondante, comme donnée utile à la maintenance. Comme indiqué précédemment au cours de la description de différents modes de réalisation d’un procédé de pilotage selon l’invention, chaque motopompe peut être amenée à fournir l’intégralité de la puissance demandée par la turbomachine et notamment la puissance maximale demandée par la turbomachine, les deux pompes et leurs moteurs électriques sont donc dimensionnés en conséquence.
Dans le cas particulier d’application de l’invention à un hélicoptère bi-turbines, c’est-à-dire comportant deux motopompes par turbine, soit quatre motopompes au total, le dimensionnement des motopompes doit prendre en compte le régime de puissance d’urgence, dit régime OEI pour « One Engine Inoperative » en anglais. Ce régime OEI est sollicité lorsqu’une turbine est en panne ; l’autre turbine, opérationnelle, doit fournir un surcroît de puissance jusqu’à la fin de la mission. La puissance maximale des motopompes doit donc être augmentée en conséquence, ce qui augmente leur masse et leur coût.
Afin de limiter l’augmentation du coût et de la masse, chaque motopompe du système de pompage et de dosage selon l’invention est dimensionnée pour fournir seulement le maximum entre : - le débit ou puissance maximum nécessaire dans la configuration où les deux turbines sont opérationnelles (Régime AEO pour « Ail Engines Operative » en anglais),
- la moitié du débit ou puissance maximum OEI nécessaire en cas de perte de débit/puissance ou de panne de l’autre turbine, la répartition de puissance ou débit étant effectuée entre les deux motopompes en faisant l’hypothèse vraisemblable que la combinaison des évènements « perte de puissance d’une turbine entraînant la nécessité d’un régime OEI sur l’autre turbine » ET conjointement « perte d’une motopompe » est hautement improbable. Un exemple de loi de charge des motopompes d’une turbine correspondante est illustré sur la figure 11.
Avantageusement, le procédé de pilotage selon l’invention comprend en outre une étape de suivi ou « monitoring » en anglais de l’efficacité des motopompes en comparant la puissance du moteur électrique avec la vitesse de rotation de la pompe à laquelle il est couplé et la puissance et/ou la vitesse de la motopompe avec la puissance de la turbine. Cette étape permet de suivre l’état de santé de chaque motopompe.
De préférence, cette étape de suivi est réalisée pour une même pompe à un régime donné ou au cours du démarrage de la turbine, à faible débit.
Le diagnostic concernant l’état de santé de la pompe pourra avantageusement être réalisé en comparant l’efficacité des deux pompes sur des régimes similaires ou entre chaque démarrage, s’il y a une alternance des motopompes au démarrage.
Les trois modes de réalisation d’un procédé de pilotage selon l’invention tels que décrits précédemment peuvent être avantageusement mis en œuvre par un système de pompage et de dosage d’un fluide selon l’invention tel que décrit précédemment. Les deuxième et troisième modes de réalisation (figures 5 et 6) du procédé de pilotage selon l’invention permettent en plus un partage de débit ou puissance hydraulique entre les motopompes, avec pour effets techniques avantageux de permettre une optimisation du dimensionnement des motopompes, d'améliorer leur vieillissement et leur temps de réponse en cas de défaillance d’un élément de la voie de pilotage ayant autorité.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de pompage et de dosage (300 ;400) d’un fluide (10) pour turbomachine comprenant une première et une deuxième motopompes (412,414) du fluide et un calculateur électronique (430) configuré pour déterminer le débit du fluide à distribuer à la turbomachine, chaque motopompe (412, 414) comportant une pompe (312, 314) et un moteur (322, 324) configuré pour entraîner la pompe associée, le système de pompage et de dosage étant caractérisé en ce que le calculateur électronique comporte une première boucle de régulation (432) destinée à piloter au moins le moteur électrique de la première motopompe et une deuxième boucle de régulation (434) destinée à piloter au moins le moteur électrique de la deuxième motopompe, et dans lequel la première pompe (312) et la deuxième pompe (314) sont agencées en série entre un réservoir de fluide et un organe de la turbomachine à alimenter en fluide.
2. Système de pompage et de dosage d’un fluide selon la revendication précédente, configuré pour générer un débit du fluide, le fluide étant du carburant ou de l’huile de lubrification.
3. Système de pompage et de dosage d’un fluide selon la revendication précédente, configuré pour mettre en pression le fluide, le fluide étant du carburant destiné à l’alimentation d’un système de dosage principal de la turbomachine.
4. Système de pompage et de dosage d’un fluide selon l’une des revendications précédentes, comprenant un premier dispositif d’anti-retour (326) agencé en parallèle de la première pompe (312) et un deuxième dispositif d’anti-retour (328) agencé en parallèle de la deuxième pompe (314).
5. Turbomachine, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un système de pompage et de dosage d’un fluide selon l’une des revendications précédentes.
6. Aéronef comportant au moins une turbomachine selon la revendication 5.
7. Procédé de pilotage d’un système de pompage et de dosage d’un fluide selon l’une des revendications 1 à 4, une première voie de pilotage (452) comportant une première unité d’acquisition (442), la première boucle de régulation (432) du calculateur électronique (430) et au moins le moteur électrique de la première motopompe (412) et une deuxième voie de pilotage (454) comportant une deuxième unité d’acquisition (444), la deuxième boucle de régulation (434) du calculateur électronique (430) et au moins le moteur électrique de la deuxième motopompe (414), le procédé étant caractérisé en ce qu’il comporte les étapes consistant à : a) autoriser (502) la première voie de pilotage (452) comportant la première boucle de régulation (432) à piloter au moins une des motopompes ; b) établir (508) une consigne de puissance hydraulique ou de débit pour au moins la motopompe (412) de la première voie de pilotage (452) autorisée par la première boucle de régulation (432) à partir de données fournies par au moins la première unité d’acquisition (442) de la première voie de pilotage (452) autorisée ; et c) en cas de panne d’au moins un élément choisi dans la liste comportant la première unité d’acquisition (442), la première boucle de régulation (432) et au moins le moteur électrique ou la pompe de la motopompe de la première voie de régulation autorisée, transférer l’autorisation de pilotage de la première voie de pilotage (452) à la deuxième voie de pilotage (454), et établir une consigne de puissance hydraulique ou de débit pour au moins la motopompe de la deuxième voie de pilotage (454) autorisée par la deuxième boucle de régulation (434) à partir de données fournies par au moins la deuxième unité d’acquisition (444) de la deuxième voie de pilotage (454) autorisée.
8. Procédé de pilotage selon la revendication 7, dans lequel chaque boucle de régulation (432, 434) d’une voie de pilotage est destinée à piloter un unique moteur électrique.
9. Procédé de pilotage selon la revendication 7, dans lequel chaque boucle de régulation (432, 434) d’une voie de pilotage est habilitée à piloter les premier et deuxième moteurs électriques.
10. Procédé de pilotage selon la revendication 9, dans lequel l’établissement d’une consigne de débit ou puissance hydraulique comprend une étape consistant à établir une répartition de puissance hydraulique ou de débit à fournir à la turbomachine entre les deux moteurs électriques.
11. Procédé de pilotage selon la revendication 10, dans lequel le débit ou puissance hydraulique à fournir est équitablement répartie entre les deux moteurs électriques.
12. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 9 à 11 , dans lequel la première boucle de régulation (432) et la deuxième boucle de régulation (434) sont adaptées pour échanger des données.
13. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 9 à 12, dans lequel en cas de panne d’au moins un élément de la première voie de pilotage (452) autorisée parmi la première boucle de régulation (432), le premier moteur électrique et la première pompe, la consigne de débit ou puissance hydraulique est appliquée en intégralité sur le deuxième moteur électrique.
14. Procédé de pilotage selon l’une des revendications 9 à 11 , dans lequel chaque voie de pilotage est adaptée pour piloter le premier moteur électrique et le deuxième moteur électrique, et la première boucle de régulation est configurée pour piloter conjointement le premier moteur électrique et le deuxième moteur électrique selon la consigne de débit ou puissance hydraulique établie sauf en cas de panne d’au moins un élément de la première voie de pilotage autorisée.
15. Procédé de pilotage selon la revendication 14, dans lequel en cas de panne d’au moins un élément de la première voie de pilotage parmi la première boucle de régulation et la première unité d’acquisition, la deuxième boucle de régulation est connectée et configurée pour piloter conjointement le premier moteur électrique et le deuxième moteur électrique selon une consigne de débit ou puissance établie par la deuxième boucle de régulation de la deuxième voie de pilotage à laquelle l’autorisation est transférée.
16. Procédé de pilotage selon la revendication 14 ou 15, dans lequel en cas de panne d’une pompe ou du premier moteur électrique, la consigne de débit ou puissance hydraulique est telle que l’autre pompe reliée au deuxième moteur électrique fournit l’intégralité du débit ou de la puissance hydraulique à la turbomachine.
17. Procédé de pilotage selon la revendication 16, comportant une étape préalable durant laquelle lors du démarrage de la turbomachine et jusqu’à l’établissement d’un régime ralenti, seule une pompe fournit l’intégralité de la puissance à la turbomachine.
18. Procédé de pilotage selon la revendication 17, comportant une étape d’alternance de la pompe fournissant l’intégralité de la puissance demandée à chaque démarrage de la turbomachine.
19. Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes 16 à 18, dans lequel la répartition de débit ou puissance est établie en fonction d’au moins un facteur parmi le point de fonctionnement de la turbomachine, l’état de santé de chaque boucle de régulation du calculateur, l’état de santé de chaque motopompe, la marge à l'extinction ou au pompage, l’accélération/décélération courante, la puissance fournie par la turbomachine, les conditions de vol.
20. Procédé de pilotage selon l’une des revendications précédentes 7 à 19, comportant une étape de suivi de l’efficacité des moteurs électriques et de la ou des pompes.
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