FR2607275A1 - Procede et appareil de regulation du debit d'un fluide - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN APPAREIL POUR CONTROLER UN DEBIT D'UN FLUIDE A TRAVERS UNE SERIE D'ORIFICES ESPACES, CHAQUE ORIFICE AYANT UNE LONGUEUR L ET UN DIAMETRE D, DANS UNE GAMME DE TEMPERATURES. CET APPAREIL EST CARACTERISE EN CE QUE LADITE SERIE COMPREND UN PREMIER GROUPE 23 D'ORIFICES 29 AYANT CHACUN UN PREMIER RAPPORT LD, UN SECOND GROUPE 35 D'ORIFICES AYANT CHACUN UN SECOND RAPPORT LD, LES PREMIER ET SECOND GROUPES 23, 35 D'ORIFICES AYANT CHACUN UN COEFFICIENT DE DECHARGE ASSOCIE TEL QUE L'APPAREIL MAINTIENNE UN DEBIT RELATIVEMENT CONSTANT DANS UNE LARGE GAMME DE TEMPERATURES.

Description

i

La présente invention concerne d'une manibre généra-

le un régulateur de débit et plus particulièrement un tel régulateur de débit qui maintient un débit relativement

constant dans une certaine gamme de températures.

Les avions modernes peuvent fonctionner dans une large gamme de températures allant de la chaleur du Sahara au froid arctique, et allant de températures élevées à basse altitude à des températures inférieures à zéro à des altitudes élevées. Les moteurs des avions exigent un débit en carburant constant è une vitesse donnée dans de telles gammes de températures, afin d'assurer un fonctionnement sûr et efficace. Par exemple dans certaines applications le débit du carburant ne doit pas présenter un écart de débit pondéral de + 2% à une vitesse constante du moteur, dans une gamme de températures allant de - 51 à + 66oC. Des

variations du débit de carburant, provoquées par des varia-

tions de température, peuvent amener le mélange air/carbu-

rant pour un moteur à être trop pauvre ou trop riche. Ce mélange air/carburant impropre peut entraîner une saute de régime ou une extinction mettant en danger le moteur et l'avion. Il est bien connu dans la technique de prévoir un

ensemble comportant une série d'orifices dans une canalisa-

tion de carburant afin de doser le débit de carburant en

direction d'un moteur. La pression du carburant est contrô-

lée en amont et en aval de l'ensemble et une différence de

pression entre les deux côtés de celui-ci provoque l'écoule-

ment d'une quantité désirée de carburant à travers l'ensem-

ble. Chaque orifice de l'ensemble a une même longueur (L) et un même diamètre (D) et il est décalé angulairement par

rapport à chaque orifice adjacent. Cet ensemble connu anté-

rieurement assure un débit pondéral relativement constant uniquement dans une gamme de températures très étroite et

qui peut ne pas être compatible avec les conditions ambian-

tes rencontrées par les avions modernes.

Par conséquent la technique exige un ensemble à orifices qui maintienne un débit de carburant relativement constant à une vitesse donnée du moteur et dans une large

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gamme de températures. Un débit de carburant approprié en direction du moteur, dans la gamme de températures, assure

un fonctionnement sûr du moteur et de l'avion.

Par conséquent un but de la présente invention est de fournir un débit de carburant pondérai relativement cons- tant à un moteur fonctionnant à une vitesse donnée dans une

large gamme de températures.

Ce but ainsi que d'autres sont atteints en pré-

voyant une série d'orifices dans une canalisation de carbu-

rant, ces orifices ayant des coefficients de décharge diffé-

rents qui tiennent compte des variations du poids spécifi-

que du carburant s'écoulant à travers ces orifices lorsque la température de ce carburant varie. En choisissant d'une

manière appropriée le rapport entre la longueur et le diamè-

tre (L/D) de chaque orifice, le coefficient de décharge de

chaque orifice est modifié de manière à assurer la compensa-

tion appropriée pour le poids spécifique d'un carburant choisi. Dans une forme d'exécution préférée deux groupes d'orifices sont choisis, chaque groupe comportant au moins un orifice. Les orifices dans un groupe ont un rapport L/D commun, bien que les orifices peuvent avoir des rapports L/D

différents d'un groupe à l'autre. Dans une variante d'exécu-

tion un orifice unique est choisi avec un rapport L/D ayant un coefficient de décharge qui tient compte des variations du poids spécifique d'un carburant s'écoulant à travers

l'orifice lorsque la température de ce carburant varie.

On décrira ci-après,à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention,en référence au dessin annexé sur lequel:

La figure 1 est une vue en coupe axiale de l'ensem-

ble à orifices suivant l'invention.

La figure 2 est une vue en perspective d'une coupel-

le à orifice suivant l'invention.

La figure 3 est un diagramme représentant la rela-

tion entre le coefficient de décharge et la température pour

différents orifices.

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La figure 4 est un diagramme représentant la varia-

tion du débit pondéral en fonction de la température, pour

différents ensembles à orifices.

Si on se réfère à la figure 1, on voit que cette figure représente un ensemble à orifices 1 suivant l'inven-

tion lequel comprend un organe de retenue creux 3, cylin-

drique, à orifices, des coupelles à orifice 5, des filtres 7

et 8, une entretoise 9 et un capuchon 11.

L'organe de retenue 3 est placé dans une canalisa-

tion de carburant 13, afin de réguler un débit de carburant

(représenté par les flèches 12), en direction d'un moteur.

L'organe de retenue comporte deux brides.annulaire 15, s'étendant vers l'extérieur, ces brides étant dimensionnées

de manière à s'emboîter étroitement dans la canalisation 13.

L'organe de retenue présente un épaulement annulaire 17 qui s'étend vers l'intérieur à partir de son extrémité amont, et un épaulement progressif 19 convergeant vers l'intérieur dans la direction aval, à son extrémité aval, comme il sera précisé ci-dessous. L'organe de retenue a une cavité interne 21 dimensionnée de manière à retenir fermement à

l'intérieur les coupelles à orifice 5.

Chaque coupelle d'un premier groupe 23 de deux coupelles à orifice comprend une plaque circulaire 25 ayant un diamètre sensiblement égal au diamètre interne de la cavité 21, afin de permettre l'emboîtement étroit de la

coupelle dans l'organe de retenue, un orifice 29 d'un diamè-

tre (D) 31 et d'une longueur (L) 27, cet orifice étant ex-

centré et s'étendant de part en part à travers la plaque, et une paroi annulaire 33 s'étendant longitudinalement à partir de la plaque 25 (voir la figure 2). La paroi 33 de chaque coupelle sert à espacer chaque orifice d'un orifice immédiatement adjacent dans le groupe 23, afin d'assurer que le coefficient de décharge de chaque orifice n'est pas perturbé par la proximité du carburant s'écoulant à travers

une coupelle à orifice adjacente.

Une seconde coupelle à orifice du premier groupe de coupelles 23, comportant une plaque 27 de même épaisseur que celle de la première coupelle à orifice, est en butée

contre cette première coupelle à orifice. La seconde coupel-

le est décalée angulairement de 1800 autour d'un axe 32,

par rapport à l'orientation de la première coupelle à orifi-

ce, afin d'éviter que l'écoulement à travers la première coupelle ne passe directement à travers le trou de la secon- de coupelle, si bien que le coefficient de décharge de l'orifice de la seconde coupelle à orifice n'est pas affecté

par cet écoulement.

Un second groupe 35 de deux coupelles à orifice est

disposé de la même façon que le premier groupe de deux cou-

pelles à orifice, comme il a été expliqué précédemment, à une exception près: le rapport entre la longueur et le diamètre (L/D) des orifices du second groupe de coupelles à

orifice diffère du rapport L/D du premier groupe de coupel-

les à orifice.

Typiquement le débit de carburant à travers un ensemble à orifice est régi par l'équation: Wf = K.Cd.D AP.S dans laquelle Wf est le débit pondéral d'un carburant; K est une constante de conversion; Cd est le coefficient de décharge d'un orifice; D est le diamètre d'un orifice;

A P est la variation de pression à travers un ori-

fice; et

S est le poids spécifique du carburant.

L'effet de la température sur le poids spécifique

(S) d'un carburant est connu et prévisible. Le poids spéci-

fique d'un carburant varie linéairement en fonction inverse

de la température, il augmente lorsque la température dimi-

nue (augmentant le débit de carburant) et diminue lorsque la température augmente (diminuant le débit de carburant). Le

coefficient de décharge (Cd) varie également avec la tempé-

rature puisque le coefficient de décharge varie avec le nombre de Reynolds et que ce nombre de Reynolds varie avec la température. Cependant les coefficients de décharge varient généralement d'une manière non linéaire en fonction de la température, en augmentant lorsque la température

croit dans certaines gammes de températures, et en dimi-

nuant lorsque la température croit dans d'autres gammes de températures, ce qui affecte corrélativement le débit de carburant. Puisque K,DAP sont constants en fonction de la température, les paramètres (Cd et S) de l'équation qui sont sensibles à la température, déterminent en fait le débit pondéral du carburant à travers les orifices lorsque

la température varie. Le coefficient de décharge d'un orifi-

ce peut être commandé en fonction d'un nombre de Reynolds et

par conséquent de la température en faisant varier le rap-

port entre le diamètre (D) de l'orifice et la longueur (L)

de cet orifice (voir la figure 3 qui représente des varia-

tions de coefficients de décharges pour différents rapports (L/D) dans des gammes de températures données). Idéalement un rapport L/D est choisi de manière è avoir un coefficient

de décharge qui varie directement en fonction de la varia-

tion de la température, étant donné que le poids spécifique du carburant varie en fonction inverse des variations de la température, ce qui se traduit par un débit pondéral (Wf) relativement constant dans une gamme de températures étant

donné que les variations du poids spécifique et du coeffi-

cient de décharge se compensent l'une l'autre. Puisque des orifices ayant le même coefficient de décharge ne peuvent pas assurer une compensation désirée à l'égard du poids spécifique d'un carburant particulier dans une large gamme de températures, on a trouvé que l'on pouvait obtenir la compensation désirée en prévoyant des orifices ayant des

coefficients de décharge différents. Par conséquent l'épais-

seur de la plaque 37 de chaque coupelle dans le second groupe est rendue différente de l'épaisseur de la même plaque dans le premier groupe de coupelles, afin de rendre le coefficient de décharge du second groupe de coupelles différent de celui du premier groupe. Idéalement, pour un

carburant tel que celui connu sous la référence Mil-F-

7024A, le rapport entre l'épaisseur de la plaque 25 (qui est également la longueur de l'orifice) et le diamètre de l'orifice 29 pour le premier groupe de coupelles à orifice est égal à 0,5. Le rapport entre l'épaisseur de la plaque 37 (la longueur de l'orifice) et le diamètre de l'orifice 29 pour le second groupe de coupelles à orifice est de 1,0.

Cette relation assure alors un écart du débit pondé-

ral inférieur à + 2% dans la gamme de températures allant de -51o à +660C, pour l'ensemble à orifices suivant l'invention. La figure 4 illustre graphiquement les effets

de l'utilisation d'un ensemble à orifices ayant des rap-

ports L/D choisis d'une manière appropriée. L'erreur sur le débit pondérai avec le dispositif suivant l'invention, dans une large gamme de températures, est relativement faible, bien en dessous de + 2% (courbe A). Par ailleurs un ensemble connu antérieurement, avec un rapport L/D constant, montre un écart de débit pondéral important (courbe B) pour une gamme de températures très étroite (allant d'environ -18oà + 50C). L'ensemble à orifices suivant l'invention assure un

débit de carburant précis dans toute la gamme des tempéra-

tures de fonctionnement d'un avion, ce qui réduit notabement la probabilité d'une apparition d'une saute de régime ou

d'une extinction du moteur.

L'ensemble à orifices est construit en insérant un tamis filtre 7 contre l'épaulement 17 de l'organe de retenue 3. Ce tamis sert à retenir les particules qui pourraient colmater les orifices. Une rondelle 9 assure l'espacement entre l'épaulement de l'organe de retenue et le premier groupe de coupelles à orifice. Cette rondelle assure que

toute turbulence provoquée par le filtre apparalt suffisam-

ment loin de la première coupelle pour éviter de perturber le coefficient de décharge de son orifice. On insère ensuite le premier groupe 23 de coupelles à orifice, décalées angulairement, dans l'organe de retenue, en les mettant en butée contre la rondelle 9. On insère alors le second groupe 35 de coupelles à orifice décalées angulairement, dans l'organe de retenue, en les appliquant en butée contre le premier groupe 23 de coupelles à orifice, les orifices du

second groupe de coupelles à orifice étant décalés angulai-

rement par rapport aux orifices dans le premier groupe de coupelles à orifice afin d'assurer un écoulement tortueux à travers toutes les coupelles à orifice. Un second tamis filtre 8 est inséré de manière à être en butée contre le second groupe 35 de coupelles à orifice, pour assurer que

les particules qui pourraient encrasser le- moteur ne puis-

sent pas passer à travers l'ensemble à orifices. La totalité des filtres, de la rondelle et des premier et second

groupes de coupelles sont maintenus, dans l'organe de rete-

nue à orifice, par un capuchon 11 qui est coincé dans l'organe de retenue à orifice, à l'endroit de la portion

extrême convergente 19 de cet organe de retenue.

Par conséquent on obtient ainsi un ensemble à orifi-

ces comportant des orifices ayant des rapports différents entre leurs longueur et leurs diamètres, pour assurer un débit pondéral relativement constant de carburant dans une

large gamme de températures, en contribuant ainsi à l'obten-

tion d'un fonctionnement sûr d'un moteur et d'un avion.

On comprendra que l'invention n'est pas limitée aux formes d'exécutions particulières illustrées et décrites précédemment mais que diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. L'homme de l'art comprendra aisément que l'ensemble à orifices peut fonctionner avec des premier et second groupes de coupelles à orifice comportant chacun une seule coupelle. Cependant on peut comprendre que pour maintenir un débit désiré à

travers l'ensemble à orifices, les trous dans chaque cou-

pelle peuvent avoir des diamètres qui seraient exagérément

petits et par conséquent suceptibles de se colmater.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1.- Appareil pour contrôler un débit d'un fluide à travers une série d'orifices espacés, chaque orifice ayant une longueur (L) et un diamètre (D), dans une gamme de températures, caractérisé en ce que ladite série comprend un premier groupe (23) d'orifices (29) ayant chacun un premier rapport L/D, un second groupe (35) d'orifices ayant chacun un second rapport L/D, les premier et second groupes (23,35) d'orifices ayant chacun un coefficient de décharge associé tel que l'appareil maintienne un débit relativement constant

dans une large gamme de températures.

2.- Appareil suivant la revendication 1 caractérisé en ce que chaque orifice (29) est décalé angulairement par rapport à un orifice adjacent de manière à produire un

écoulement tortueux à travers la série d'orifices (29).

3.- Appareil suivant la revendication 2 caractérisé en ce que les premier et second groupes (23,35) d'orifices

(29) comportent chacun deux orifices.

4.- Appareil suivant l'une quelconque des revendi-

cations précédentes caractérisé en ce que chaque orifice (29) du premier groupe (23) a un rapport L/D d'environ 0,5 et chaque orifice (29) du second groupe (35) a un rapport

L/D d'environ 1,0.

5.- Procédé de contrôle du débit d'un fluide ayant un poids spécifique donné, à travers un orifice ayant une longueur (L) et un diamètre (D) caractérisé en ce qu'on réalise cet orifice avec un rapport L/D spécifique afin de donner à cet orifice un coefficient de décharge qui varie en fonction inverse des variations du poids spécifique lorsque

la température varie dans une gamme de températures supé-

rieures à 13,9 C, si bien que le débit du fluide n'est re-

lativement pas affecté par cette variation de température.

6.- Procédé suivant la revendication 5 caractérisé

en ce qu'on prévoit une pluralité d'orifices (29) en série.

7.- Procédé suivant la revendication 6 caractérisé

en ce qu'on prévoit chaque orifice avec un rapport L/D dif-

férent de telle façon que les coefficients de décharge de ces orifices compensent les variations du poids spécifique

lorsque la température varie.

8.- Procédé suivant la revendication 6 caractérisé en ce qu'on prévoit un premier groupe (23) d'orifices de la pluralité d'orifices avec un rapport L/D d'environ 0,5 et on prévoit un second groupe (35) d'orifices de la pluralité

d'orifices avec un rapport L/D d'environ 1,0.