FR2491145A1

FR2491145A1 - Commande de carburant pour turbines a gaz

Info

Publication number: FR2491145A1
Application number: FR8118296A
Authority: FR
Inventors: Charles Frederick Stearns; Herbert William Tutherly
Original assignee: United Technologies Corp
Current assignee: Raytheon Technologies Corp
Priority date: 1980-09-29
Filing date: 1981-09-29
Publication date: 1982-04-02
Also published as: GB2084657B; SE450965B; CA1161260A; FR2491145B1; IT1138662B; DE3138304A1; JPS5791330A; IL63949A0; JPH0220814B2; IT8124200A0; IL63949A; GB2084657A; US4422287A; SE8105753L

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE COMMANDE DE CARBURANT POUR TURBINES A GAZ. LA COMMANDE DE CARBURANT DE L'INVENTION COMPREND UN LOGEMENT DE COMMANDE PRINCIPAL 2 RENFERMANT DES ELEMENTS DE COMMANDE ET DES PASSAGES D'ECOULEMENT AYANT UNE CARACTERISTIQUE NORMALISEE VIS-A-VIS DE DIFFERENTS TYPES DE TURBINES AVEC UNE INTERFACE 6 A LAQUELLE SE TERMINENT CERTAINS PASSAGES; UN BLOC ADAPTATIF 4 VENANT S'ADAPTER AU LOGEMENT PRINCIPAL 2 ET COMPORTANT DES PASSAGES DONT CERTAINS SE TERMINENT A CETTE INTERFACE 6, CE BLOC COMPORTANT DES ELEMENTS DE COMMANDE POUR UN TYPE PARTICULIER DE TURBINE, CES ELEMENTS ETANT LOCALISES ET RACCORDES, PAR DES PASSAGES, POUR PERMETTRE AUX COMMANDES PRINCIPALES DU LOGEMENT 2 DE S'ADAPTER A CE TYPE PARTICULIER DE TURBINE. L'INVENTION EST UTILISEE POUR POUVOIR PASSER, AVEC UN MINIMUM DE CHANGEMENTS, D'UN TYPE DE TURBINE A GAZ A L'AUTRE DANS LES AERONEFS, NOTAMMENT POUR LES TURBOREACTEURS A DOUBLE FLUX, LES TURBOPROPULSEURS ET LES TURBOMACHINES.

Description

La présente invention concerne des commandes hydromécaniques de carburant

pouvant être adaptées pour des turbines à gaz de différents types telles que les turboréacteurs à double flux, les turbopropulseurs et les turbomachines. Du fait que l'on demande de plus en plus de

petits aéronefs dans lesquels on utilise des turboréac-

teurs à double flux, des turbopropulseurs et des turbo-

machines, on exige également de plus en plus des comman-

des plus sophistiquées. Le système hybride combinant

des commandes hydromécaniques avec des commandes élec-

troniques numériques semble être des plus prometteurs.

Toutefois, la plupart des commandes sont conçues et fabriquées pour un type particulier de turbine et elles ne peuvent être adaptées pour d'autres types. Il est souhaitable de disposer d'un système de base présentant une haute normalisation avec tous les types de turbines en

n'apportant qu'un changement minimum lors d'une adapta-

tion d'un type à l'autre.

Un système hybride dans lequel on utilise une commande hydromécanique de base et qui est adapté pour des turboréacteurs à double flux est connu et a

fait l'objet d'essais poussés lors de sa mise en service.

Ce type de système est décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 069.141 déposée par la Demanderesse le 23 août 1979 au nom de Stearns. Ce

système qui pourrait être aisément adapté à des turbo-

propulseurs et/ou des turbomachines, permettrait de minimiser les dépenses et les problèmes qu'entrainent

la conception, la fabrication et les essais.

Dans une demande de brevet connexe déposée au nom de Stearns, on décrit une commande pouvant être

adaptée à n'importe quel type de turbine à gaz en subs-

tituant des chevilles dans plusieurs cavités du logement de la commande de carburant. Des conduits acheminant le carburant à la turbine et dirigeant les fluides de

commande à l'intérieur de l'unité de commande inter-

sectent les cavités et, en substituant des chevilles comportant des lumières différentes, on peut passer d'un type de turbine à l'autre avec un minimum de changements. La présente invention apporte, dans une certaine mesure, un perfectionnement à ce dispositif en prévoyant, en lieu et place de plusieurs chevilles, un bloc amovible fixé au logement et dans lequel les soupapes et les passages nécessaires sont prévus pour

adapter la commande à un type particulier de turbine.

Bien entendu, ces conduites dans lesquelles des modi-

fications doivent tre apportées, se terminent à l'in-

terface comprise entre le logement et le bloc de modi-

fication afin de les mettre en communication avec les

conduites installées dans ce bloc pour établir les mo-

difications fonctionnelles souhaitées.

En conséquence, une caractéristique de l'invention est un bloc conçu pour être fixé d'une manière amovible au logement de la commande de base de carburant, des conduites et des soupapes appropriées étant installées dans ce bloc pour un type particulier de turbine, tandis qu'elles coopèrent avec les conduites de carburant et de commande prévues dans la commande de base pour apporter les changements nécessaires dans la commande générale afin de l'adapter au type particulier

de turbine en cause.

Une autre caractéristique de l'invention est un bloc de fixation conçu pour un type particulier

de turbine, mais également pour permettre, à l'utilisa-

teur de la commande, d'apporter n'importe quelle modi-

fication particulière à cette dernière. En d'autres

mots, ce bloc de modification peut comporter les élé-

ments d'une commande qui sont requis pour une turbine particulière et/ou par l'utilisateur de cette turbine

dans un aéronef particulier.

Suivant l'invention, la commande hydroméca-

nique de base est conçue pour pouvoir être fixée au logement d'un bloc adaptif dans lequel passent des conduites d'écoulement de carburant et/ou des conduites de détection de pression, soit simplement, soit encore via des soupapes ou des orifices d'étranglement afin d'assurer la programmation désirée pour n'importe quelle application d'une turbine particulière. De la sorte, les éléments de la commande qui sont communs à tous les types de turbines, sont incorporés dans le logement de

base, tandis que les éléments propres à un type parti-

culier de turbine et/ou à une installation ou encore à

l'utilisateur d'une turbine particulière, sont renfer-

més dans le bloc amovible qui est fixé au logement de

base, les conduites de carburant et de pression établis-

sant une communication entre ce logement et ce bloc via

l'interface située entre ceux-ci.

Les objets, caractéristiques et avantages

de la présente invention, ainsi que d'autres apparaî-

tront plus clairement à la lecture de la description

ci-après de certaines formes de réalisation préférées

données en se référant aux dessins annexés dans les-

quels la figure 1 est une vue schématique de la

commande de carburant dont certains éléments sont re-

présentés par des détails structuraux afin d'illustrer l'invention appliquée à un turboréacteur à double flux; la figure 2 est une vue en élévation d'une

commande de carburant, les traits discontinus illus-

trant le bloc amovible dans la position qu'il occupe avant l'assemblage, tandis que les lignes en traits pleins illustrent ce bloc dans la position qu'il occupe

après assemblage.

Suivant l'invention, on utilise un loge-

ment de commande hydromécanique de base 2 renfermant

les éléments d'une commande ayant un caractère norma-

lisé pour différents types de turbines à gaz, par

exemple, des turboréacteurs à double flux, des turbo-

propulseurs et des turbomachines. Afin d'adapter la commande de base à n'importe quel type particulier de

turbine, on y fixe un bloc adapté 4 illustré en éléva-

tion en figure 2 et renfermant les éléments propres et essentiels à une turbine particulière. De la sorte, le bloc 4 qui est conçu pour une turbomachine, peut être remplacé par un bloc différent pouvant comporter les éléments essentiels pour une autre turbine particulière, par exemple, un turbopropulseur ou un turboréacteur à

double flux. Ce bloc amovible permet également d'obte-

nir les résultats des chevilles interchangeables décrites dans la demande de brevet connexe précitée. Ce concept apporte également un autre caractère logique en ce sens

que si _Un utilisateur ne désire pas installer un méca-

nisme de commande particulier dans l'unité de commande

de base, on peut concevoir et construire un bloc parti-

culier de façon à faire intervenir cette caractéristi-

que particulière sans aucunement modifier l'unité de

base.

Il est entendu que, en figure 1, les élé-

ments de commande se situant au-dessus de la ligne 6 qui représente les interfaces du logement principal et du bloc, sont situés dans ce logement principal, tandis que les éléments représentés en dessous de cette ligne, sont renfermés dans le bloc adaptif. La commande de base, c'est-à-dire la structure intervenant dans le logement principal, est décrite en détail dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 069.141 au nom de Stearns à laquelle on se référera pour de plus

amples détails.

En se référant à présent à la figure 1, le carburant est acheminé d!une pompe (non représentée) à

un passage d'admission 8 allant à une soupape à papil-

lon 10. Cette soupape est actionnée par un levier de puissance Il sous la commande du pilote. Une conduite de dérivation 12 venant de la conduite 8 contourne la soupape à papillon et se dirige vers la soupape 14 réagissant aux conditions existantes, cette conduite 12 constituant la conduite de décélération. De la soupape à papillon 10, une conduite de débit minimum ou de S débit de démarrage 16 se dirige vers l'interface 6 o elle rejoint la conduite 19, pour se diriger ensuite, en contournant une soupape dtarrêt à pression minimale , vers la sortie 22 du carburant de démarrage et de là, vers la turbine. De la conduite de dérivation 12, le

carburant est réglé par la soupape réagissant aux condi-

tions en présence et, de cette soupape, il se dirige ensuite, via la conduite 24, vers l'interface o cette conduite 24 rejoint la conduite 26 prévue dans le bloc et raccordée à la conduite 19. Le débit de carburant circulant dans une conduite d'accélération 28 entre la

soupape à papillon et la soupape réagissant aux condi-

tions en présence, pour passer ensuite, via cette sou-

pape, dans la conduite 30, puis dans la conduite 24, constitue une autre alimentation de carburant pour la turbine. Une soupape de détente à haute pression 32 est reliée à la conduite d'admission 8 par une conduite de branchement 34 et, en aval de cette soupape, une soupape de régulation de pression 36 y est reliée par

une conduite de branchement 38. Une conduite de détec-

tion de pression 40 venant d'une conduite 28 en aval de la soupape à papillon rejoint, à l'interface, une conduite 42 installée dans le bloc et dont les deux extrémités sont situées à cette interface; ensuite, le circuit se poursuit par la conduite 44 prévue dans

le logement vers la soupape de régulation de pression.

La soupape 32 et la soupape de détente de pression 36

comportent des sorties 46 et 48 respectivement.

La position de la soupape à papillon est signalée à l'unité de commande électronique par un

potentiomètre 50 installé à l'extrémité de cette sou-

pape, ainsi que par des conducteurs 51 allant au

connecteur 52 de la commande électronique. Cette com-

mande électronique actionne un moteur à mouvement

pas-à-pas 53 qui s'arrête dans n'importe quelle posi-

tion si une défaillance de l'unité de commande électro-

nique vient à se produire, et qui fonctionne, via une soupape 54 destinée à acheminer un signal de pression de

fluide venant du passage 42 via le passage de branche-

ment 55 installé dans le bloc, ainsi que via un passage correspondant 56 allant à la soupape 54, après quoi ce

signal de pression de fluide est acheminé, via la con-

duite 58, à l'extrémité de la soupape de régulation de pression.

Le bloc précité comporte également une con-

duite de carburant 60 allant de la jonction des condui-

tes 19 et 26 vers une soupape d'arrêt à pression mini-

male 62 et de là, via un passage principal de sortie 64, vers la turbine. Dès lors, selon cette configuration, le débit minimum de démarrage est acheminé à la turbine séparément du débit principal. Cette caractéristique peut être, par exemple, une exigence particulière de

l'utilisateur d'une turbine.

Les deux soupapes dtarrêt 20 et 62 sont ac-

tionnées par une soupape 66 actionnée par une soupape à solénoîde de survitesse 68 sous le contrôle de l'unité de commande électronique via des conducteurs 70 ou par la soupape à papillon pour autant qu'elle amène le côté basse pression du régulateur à la valeur de la pression d'admission de la pompe. La soupape 66 est installée dans une conduite 72 prévue dans le bloc, s'étendant à partir de la conduite 42 et assurant la distribution du fluide de commande circulant dans la conduite 74

avec laquelle elle communique, également dans le bloc.

Dans le système illustré, la soupape d'ar-

rêt 62 s'étend au-delà de l'interface, de sorte qu'une partie de cette soupape vient se loger dans une cavité 76 pratiquée dans le logement. Dans ce logement, un étranglement 78 est également formé dans le passage de sortie 80 allant à l'évacuation, permettant ainsi de

contrôler le mouvement de cette soupape.

Le mécanisme particulier de la soupape réa-

gissant aux conditions en présence, de même que son

mécanisme de commande et également la fonction et la dis-

position des lumières de dosage pratiquées dans la sou- pape à papillon et dans cette soupape réagissant aux conditions en présence, ne seront pas décrits en détail étant donné qu'ils ne font pas partie de la présente invention. Pour de plus amples détails à cet égard, on

se référera éventuellement à la demande de brevet pré-

citée des Etats-Unis d'Amérique n0 069.141 au nom de Stearns. Dès lors, le concept de l'invention est un dispositif de commande de carburant comprenant les

éléments essentiels de la commande de base qui sont com-

muns à plusieurs types de turbines. Cette commande peut alors être adaptée aux exigences de n'importe quel type

particulier de turbine et/ou à n'importe quelle exi-

gence particulière d'un utilisateur, en y installant un bloc adaptif comportant les éléments propres à un type

particulier de turbine. Le raccordement entre les élé-

ments du logement de base et ceux du bloc adaptif s'ef-

fectue par les interfaces de ce bloc et de ce logement via des passages s'adaptant l'un à l'autre pour le débit de carburant et le fluide de commande dans les deux éléments. Dès que les passages nécessaires sont formés dans le logement de base, on comprendra que l'on peut réaliser n'importe quel bloc adaptif de telle sorte qu'il corresponde à ces passages et que l'on puisse y incorporer les éléments désirés pour le contrôle ou le

débit de carburant. Il en résulte un avantage parti-

culier du fait que la commande de base qui a fait l'objet d'essais et d'épreuves, peut être utilisée pour tous les types de turbines en ayant la certitude qu'elle fonctionnera de manière fiable et que les quelques éléments installés dans ce bloc pourront venir s'ajouter aisément d'une seule pièce à la commande de

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base lors d'une adaptation à un type particulier de turbine. De manière plus détaillée, les passages et les dispositifs des trois chevilles décrites dans la demande de brevet connexe précitée pour un turboréacteur à double flux peuvent être incorporés dans un bloc en vue de réaliser une adaptation différente pour le présent dispositif, au même titre que les passages et

les dispositifs des trois chevilles d'un turbopropul-

seur peuvent être incorporés dans un autre bloc, cepen-

dant qu'ils peuvent remplacer le bloc illustré pour adapter le dispositif à un turbopropulseur. En outre, les passages et les dispositifs des chevilles pour une turbomachine peuvent, bien entendu, être incorporés dans un autre bloc. Il est évident que les passages formés dans la commande de base et intersectant les passages prévus dans la demande de brevet précitée, doivent être localisés correctement à l'interface avec

le bloc décrit dans cette demande de brevet.

Bien que l'invention ait été décrite et illustrée en se référant à une forme de réalisation préférée, l'homme de métier comprendra que diverses modifications peuvent être apportées tant dans la forme que dans les détails sans pour autant se départir de

l'esprit et du cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Commande de carburant conçue pour dif-

férents types de turbines à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: un logement de commande principal renfer-

mant des éléments de commande et des passages d'écoule-

ment ayant un caractère normalisé vis-à-vis de ces

différents types de turbines, ce logement ayant égale-

ment une interface à laquelle se terminent certains passages; un bloc adaptif ayant une interface avec le logement principal et les passages qui y sont formés et dont certains se terminent à cette interface; et des éléments de commande prévus dans ce bloc et conçus pour un type particulier de turbine, ces éléments étant localisés et reliés par des passages afin que les commandes principales du logement principal puissent s'adapter au type particulier de turbine en cause.

2. Commande de carburant suivant la reven-

dication 1, caractérisée en ce que le logement princi-

pal comporte, comme éléments essentiels, une soupape de

dosage, une soupape de régulation de pression, une sou-

pape réagissant aux conditions en présence et des passa-

ges d'écoulement appropriés entre ces éléments.

3. Commande de carburant suivant la reven-

dication 1, caractérisée en ce que le bloc adaptif com-

porte une commande de survitesse, ainsi qu'une soupape

d'arrêt à pression minimale.

4. Commande de carburant suivant la reven-

dication 2, caractérisée en ce que le bloc adaptif com-

porte une commande de survitesse et une soupape d'arrêt

à pression minimale.

5. Commande de carburant suivant la reven-

dication 1, caractérisée en ce que le bloc adaptif peut

être enlevé pour être remplacé par un autre bloc com-

portant d'autres dispositifs de commande pour un autre

type de turbine.

6. Commande de carburant suivant la reven-

dication 1, caractérisée en ce que le bloc adaptif com-

porte des passages de carburant correspondant à des pas-

sages de carburant coopérants prévus dans le logement principal, des éléments de commande étant également

installés dans les passages d'écoulement de ce bloc.

7. Commande de carburant pouvant être adap-

tée à différents types de turbines à gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend: un logement de commande principal; une soupape à papillon installée dans ce logement et raccordée par des passages d'admission et de sortie de carburant qui y sont installés; une soupape-installée dans ce logement et réagissant aux conditions en présence, cette soupape comportant des passages d'admission et de sortie de carburant; une soupape de régulation de pression afin de maintenir une perte de charge dans la soupape à

papillon, cette soupape de régulation de pression com-

portant un premier et un second passage allant des pas-

sages d'admission et de sortie de la soupape à papillon vers cette soupape de régulation; une interface formée sur ce logement; un bloc adaptif fixé de manière amovible à l'interface du logement, ce bloc ayant une interface coopérante; plusieurs éléments de commande installés dans ce bloc en vue d'influencer le débit de carburant vers la turbine un passage de carburant installé dans

ce bloc et associé à un des éléments de commande, l'ad-

mission de ce passage de carburant étant située à l'in-

terface précitée, tandis que le-passage de sortie de carburant prévu dans ce logement se termine en relation

de coopération à cette interface.

11.

8. Commande de carburant suivant la reven-

dication 7, caractérisée en ce que certains passages du logement se terminent à l'interface précitée, tandis que des passages coopérants installés dans le bloc se terminent en alignement avec les passages précités à

l'interface du bloc.

9. Commande de carburant suivant la reven-

dication 7, caractérisée en ce que le deuxième passage est complété par une partie du passage prévu dans le

bloc.

10. Commande de carburant suivant la reven-

dication 7, caractérisée en ce que le bloc comprend un solénoïde de survitesse comportant des passages de fluide allant vers d'autres éléments de commande qui

sont installés dans le bloc et qui sont ainsi action-

nés.

Il. Commande de carburant suivant la reven-

dication 7, caractérisée en ce que le bloc comporte une soupape d'arrêt installée dans le passage de débit de carburant, de même qutune soupape à solénoïde reliée à

cette soupape d'arrêt pour actionner cette dernière.

12. Commande de carburant suivant la reven-

dication 11, caractérisée en ce que le fluide de com-

mande est acheminé à partir d'un passage de fluide sous pression prévu dans le logement et correspondant à un passage de fluide sous pression ménagé dans le bloc et

se dirigeant vers la soupape à solénoúde.