FR2623251A1 - Bubble trap for a turbomachine fuel circuit - Google Patents

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    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D9/00Priming; Preventing vapour lock
    • F04D9/001Preventing vapour lock

Abstract

The invention relates to air bubble traps in the fuel distribution hydraulic circuits of turbomachines. The trap comprises at least two cylindrical tubes 8, 9; 108, 109; 208, 209, the diameter of the second tube 9, 109, 209 being greater than that of the first tube, 8, 108, 208, the two tubes being mounted coaxially and one inside the other and arranged vertically at the inlet of the low-pressure pump. The fuel enters the second tube from the bottom, rises around the first tube and redescends inside the first tube towards the low-pressure pump.

Description

DESCRIPTION
L'invention concerne les pièges à bulles d'air dans les circuits hydrauliques plus précisément dans les circuits de distribution de carburant des turbomachines.
DESCRIPTION
The invention relates to air bubble traps in the hydraulic circuits more precisely in the fuel distribution circuits of turbomachinery.

Il arrive parfois, dans les avions, que les pompes de gavage situées dans les réservoirs pour alimenter en carburant les turboréacteurs, soient hors service et qu'alors le carburant parvienne à la pompe centrifuge basse pression du turboréacteur sous très faible pression.Sometimes, on airplanes, the booster pumps located in the tanks to supply fuel to the turbojets are out of service and the fuel then reaches the low pressure centrifugal pump of the turbojet under very low pressure.

I1 peut alors se former au sein du carburant, dans cette portion du circuit d'alimentation, de nombreuses petites bulles d'air dues au dégazage. I1 can then form within the fuel, in this portion of the fuel system, many small air bubbles due to degassing.

Le dégazage est dû au fait que, et est d'autant plus important que la pression locale du carburant est plus faible que sa pression de stockage et que sa température locale est plus chaude que sa température de stockage (échanges de chaleur ou retours de carburant chaud).Degassing is due to the fact that, and is all the more important that the local pressure of the fuel is lower than its storage pressure and that its local temperature is hotter than its storage temperature (heat exchanges or fuel returns hot).

En général, ces bulles suivent le courant, sont comprimées par les pompes moteur et avalées.In general, these bubbles follow the current, are compressed by the motor pumps and swallowed.

Cependant, dans certains cas où le courant de carburant est descendant et faible, il peut se faire que les bulles s'arrêtent, voire remontent le courant en raison de la poussée d'Archimède et s'accumulent en un point haut du circuit jusqu'à ce que le courant devienne plus fort et les emporte sous forme de grosses bulles.However, in certain cases where the fuel current is falling and weak, it may happen that the bubbles stop, or even go up the current due to Archimedes' thrust and accumulate at a high point of the circuit until so that the current becomes stronger and carries them away in the form of large bubbles.

Ceci se produit en effet sur certains moteurs où la pompe centrifuge basse pression a son entrée orientée vers le haut et fortement réchauffée par des échanges internes divers. This occurs in fact on certain engines where the low pressure centrifugal pump has its inlet oriented upwards and strongly heated by various internal exchanges.

Au régime de ralenti en altitude, avec les pompes de gavage avion arrêtées, la pression et le débit du carburant sont faibles, son échauffement est souvent important, particulièrement à l'entrée de la pompe basse pression et il se forme là de nombreuses bulles qui s'accumulent en amont, en un point haut du circuit, puis sont avalées toutes ensemble par la pompe basse pression au moment de la remise des gaz. I1 peut en résulter un désamorçage de cette pompe et l'arrêt du moteur.At idle speed at altitude, with the aircraft boost pumps stopped, the fuel pressure and flow are low, its heating is often significant, particularly at the inlet of the low pressure pump and many bubbles form there which accumulate upstream, at a high point of the circuit, then are swallowed all together by the low pressure pump at the time of the go-around. I1 can result in defusing this pump and stopping the engine.

Le dispositif selon l'invention se place donc dans le circuit d'alimentation au-dessus du point de formation des bulles soit le plus souvent à l'entrée de la pompe basse pression. I1 est conçu pour arrêter la remontée des bulles à contre-courant dans le circuit et limiter leur volume stocké à une valeur très inférieure à celle d'un coude ordinaire, de façon qu'elles puissent être absorbées sans incident par la pompe basse pression à la remise des gaz.The device according to the invention is therefore placed in the supply circuit above the point of bubble formation, most often at the inlet of the low pressure pump. I1 is designed to stop the rise of bubbles against the current in the circuit and limit their stored volume to a value much lower than that of an ordinary elbow, so that they can be absorbed without incident by the low pressure pump at the go-around.

Le circuit est constitué d'un siphon tel que ce siphon soit maintenu en charge par le réservoir de carburant lorsque les pompes de gavage avion ne fonctionnent pas, afin de garantir un débit suffisant pour alimenter le turboréacteur à tous régimes, y compris lorsqu'une grosse accumulation de bulles d'air occupe le haut du siphon dans les conditions critiques du ralenti en altitude.The circuit consists of a siphon such that this siphon is kept charged by the fuel tank when the aircraft booster pumps are not operating, in order to guarantee a sufficient flow to supply the turbojet engine at all speeds, including when a large accumulation of air bubbles occupies the top of the siphon in critical conditions of idling at altitude.

Grâce à celà, l'accumulation de bulles qui se forme éventuellement dans le haut du siphon ne peut s'étendre dans la partie annulaire du siphon où le courant est ascendant et les bulles en excès qui continuent à se former sont avalées par la pompe basse pression au fur et à mesure de leur production. Thanks to this, the accumulation of bubbles which may form at the top of the siphon cannot extend into the annular part of the siphon where the current is rising and the excess bubbles which continue to form are swallowed by the low pump. pressure as they are produced.

Cette accumulation de bulles est avalée en totalité lors d'une remise des gaz. Son volume limité n'est pas suffisant pour désamorcer la pompe basse pression. L'incident est évité.This accumulation of bubbles is swallowed entirely during a go-around. Its limited volume is not sufficient to deactivate the low pressure pump. The incident is avoided.

L'invention concerne donc un piège à bulles pour l'entrée de la pompe basse pression d'un circuitde distribution de carburant de turbomachine aéronautique et selon une caractéristique, ledit piège est constitué d'au moins deux tubes cylindriques, le diamètre du deuxième tube étant supérieur à celui du premier tube, les deux tubes montés coaxialement et l'un dans l'autre sont disposés verticalement à l'entrée de la pompe basse pression, l'extrémité supérieure du deuxième tube étant obturée axialement et communiquant radialement avec l'extrémité supérieure du premier tube, le carburant, allant vers la pompe basse pression, entre dans le deuxième tube par son extrémité inférieure, remonte entre le premier et le deuxième tube vers l'extrémité supérieure du deuxième tube, entre dans le premier tube par son extrémité supérieure, redescend dans le premier tube et sort du premier tube par son extrémité inférieure pour entrer dans la pompe basse pression.The invention therefore relates to a bubble trap for the entry of the low pressure pump of an aeronautical turbomachine fuel distribution circuit and according to one characteristic, said trap consists of at least two cylindrical tubes, the diameter of the second tube. being greater than that of the first tube, the two tubes mounted coaxially and one inside the other are arranged vertically at the inlet of the low pressure pump, the upper end of the second tube being closed axially and communicating radially with the upper end of the first tube, the fuel, going to the low pressure pump, enters the second tube through its lower end, rises between the first and the second tube towards the upper end of the second tube, enters the first tube through its upper end, descends into the first tube and leaves the first tube through its lower end to enter the low pressure pump.

D'autres caractéristiques seront exposées dans la suite de la description en regard des dessins parmi lesquels - la figure 1 montre comment un piège à bulles selon
l'invention est inséré dans le circuit de régulation
(schématisé) d'une turbomachine - la figure 2 montre un premier mode de réalisation du
piège à bulles selon l'invention en section longitu
dinale - la figure 3 montre un second mode de réalisation du
piège - la figure en montre un troisième mode de réalisation
dans une première variante - la figure 5 montre une deuxième variante du troisième
mode de réalisation - les figures 6 à 8 schématisent l'évolution du phénomène
d'avalement des bulles dans la partie haute du piège,
cette évolution étant identique dans les trois modes
de réalisation de l'invention.
Other characteristics will be explained in the following description with reference to the drawings among which - FIG. 1 shows how a bubble trap according to
the invention is inserted in the regulation circuit
(diagram) of a turbomachine - Figure 2 shows a first embodiment of the
bubble trap according to the invention in longitu section
dinale - Figure 3 shows a second embodiment of the
trap - the figure shows a third embodiment
in a first variant - Figure 5 shows a second variant of the third
embodiment - Figures 6 to 8 show schematically the evolution of the phenomenon
swallowing bubbles in the upper part of the trap,
this evolution being identical in the three modes
for carrying out the invention.

En regard de la figure 1, le piège à bulles 1 est disposé verticalement entre une pompe de gavage 2 disposée dans le réservoir 3 d'un avion, et la pompe basse pression 4 à laquelle le piège est associé, ladite pompe étant une pompe centrifuge qui débite vers une pompe haute pression 5 volumétrique, elle-même fournissant un débit constant de carburant à un circuit de régulation 6, ici simplement schématisé, pour alimenter les injecteurs de la chambre de combustion d'une turbomachine 7.With reference to FIG. 1, the bubble trap 1 is arranged vertically between a booster pump 2 disposed in the tank 3 of an aircraft, and the low pressure pump 4 with which the trap is associated, said pump being a centrifugal pump. which flows to a volumetric high pressure pump 5, itself supplying a constant flow of fuel to a regulation circuit 6, here simply shown diagrammatically, to supply the injectors of the combustion chamber of a turbomachine 7.

Dans le mode de réalisation de la figure 2, le piège à bulles est constitué de deux tubes cylindriques verticaux concentriques. Un premier tube 8 ouvert à ses deux extrémités haute Sa et basse 8b est entouré d'un second tube 9 dont l'extrémité supérieure 9a est obturée axialement par un bord conformé en arrondi 10 de l'extérieur vers le centre et formant une pointe centrale 11 tournée vers le bas. L'extrémité inférieure 9b du second tube 9 est également obturée axialement et soudée en 11 sur la circonférence externe du premier tube S. Une ouverture 12 est pratiquée horizontalement dans la partie basse du second tube afin de fournir une entrée 13 au carburant.In the embodiment of Figure 2, the bubble trap consists of two concentric vertical cylindrical tubes. A first tube 8 open at its two high Sa and low 8b ends is surrounded by a second tube 9, the upper end 9a of which is closed axially by a rounded edge 10 from the outside towards the center and forming a central point 11 facing down. The lower end 9b of the second tube 9 is also closed axially and welded at 11 to the outer circumference of the first tube S. An opening 12 is made horizontally in the lower part of the second tube in order to provide an inlet 13 for the fuel.

Ainsi le carburant entre en 13 dans le deuxième tube par son extrémité inférieure 9b et il remonte entre le premier et le deuxième tube, puis il entre dans le premier tube 8 par l'ouverture existant entre le bord arrondi 10 et l'extrémité 8a du tube 8, et redescend puis sort du premier tube par l'extrémité 8b pour entrer dans la pompe basse pression.Thus the fuel enters at 13 into the second tube by its lower end 9b and it rises between the first and the second tube, then it enters the first tube 8 through the opening existing between the rounded edge 10 and the end 8a of the tube 8, and descends then leaves the first tube through the end 8b to enter the low pressure pump.

Le dimensionnement du dispositif est d'une certaine importance dans son fonctionnement. Ainsi la longueur du premier tube 8 entre sa partie supérieure et l'entrée de la pompe BP est comprise entre 3 et 6 fois le diamètre intérieur du premier tube. En outre l'écartement e entre l'extrémité intérieurs arrondie 10 du second tube et l'extrémité supérieur 8a du premier tube est compris entre 0,3 et 0,6 fois le diamètre intérieur du premier tube 8. La longueur d second tube est proche de celle du premier mais en diffère notamment par l'écartement e dont il vient d'être question. Le diamètre intérieur du second tube 9 est compris entre 1,4 et 1,6 fois le diamètre intérieur du premier tube 8. Ces caractéristiques dimensionnelles ont pour but de limiter le volume disponible à l'accumulation des bulles, les autres dimensions, par exemp:e celle de la pointe 11 du dispositif étant choisies pour donner une perte de charge à grand débit la plus faible possible dans l'encombrement disponible.The dimensioning of the device is of some importance in its operation. Thus the length of the first tube 8 between its upper part and the inlet of the BP pump is between 3 and 6 times the internal diameter of the first tube. In addition, the distance e between the rounded internal end 10 of the second tube and the upper end 8a of the first tube is between 0.3 and 0.6 times the internal diameter of the first tube 8. The length of the second tube is close to that of the first but differs in particular by the spacing e which has just been mentioned. The internal diameter of the second tube 9 is between 1.4 and 1.6 times the internal diameter of the first tube 8. These dimensional characteristics are intended to limit the volume available for the accumulation of bubbles, the other dimensions, for example : e that of the tip 11 of the device being chosen to give a pressure drop at high flow rate as low as possible in the available space.

L'existence de la pointe centrale 11 à pour intérêt de réduire le volume de stockage des bulles et de favoriser leur détachement de la paroi.The existence of the central tip 11 has the advantage of reducing the storage volume of the bubbles and of promoting their detachment from the wall.

A la figure 3 est représenté un second mode de réalisation de l'invention pour lequel on a gardé aux pièces similaires le même repère chiffré augmenté de 100 par rapport à ceux de la figure 1. In FIG. 3 is shown a second embodiment of the invention for which the same numerical reference mark increased by 100 compared to those of FIG. 1 has been kept for similar parts.

Dans ce second mode de réalisation, un troisième tube 114 entoure les deux premiers et l'extrémité inférieure 114b du troisième tube est repliée vers la paroi cylindrique du premier tube à laquelle elle est soudée tandis que l'extrémité inférieure 109b du second tube est ouverte afin de réaliser un conduit continu de carburant d'abord entre le troisième et le second tube, puis entre le second et le premier et enfin à l'intérieur du premier tube.In this second embodiment, a third tube 114 surrounds the first two and the lower end 114b of the third tube is folded towards the cylindrical wall of the first tube to which it is welded while the lower end 109b of the second tube is open in order to create a continuous fuel line first between the third and the second tube, then between the second and the first and finally inside the first tube.

L'entrée du carburant dans le dispositif s'effectue quant à elle par une ouverture radiale 113 dans la partie supérieure 114a du troisième tube.The fuel enters the device in turn through a radial opening 113 in the upper part 114a of the third tube.

La figure 4 montre la première variante d'un troisième mode de réalisation (pour lequel les références chiffrées semblables sont conservées encore augmentées de 100). Ce mode de réalisation diffère du précédent en ce que l'entrée 213 du carburant est placée coaxialement audessus du deuxième tube 214 par un tube tronconique coaxial 215, tandis que le deuxième tube est surmonté d'une calotte conique 216 arrondie à son sommet en ogive, destinée à répartir le carburant sur sa périphérie dans le troisième tube. Dans cette variante les tubes 208 et 209 sont fixés l'un à l'autre par des ailettes profilées 217 qui en assurent le positionnement réciproque.FIG. 4 shows the first variant of a third embodiment (for which similar numerical references are kept further increased by 100). This embodiment differs from the previous one in that the fuel inlet 213 is placed coaxially above the second tube 214 by a coaxial frustoconical tube 215, while the second tube is surmounted by a conical cap 216 rounded at its ogival top , intended to distribute the fuel around its periphery in the third tube. In this variant, the tubes 208 and 209 are fixed to each other by profiled fins 217 which ensure their reciprocal positioning.

La variante de la figure 5 diffère de celle de la figure 4 en ce que les ailettes de positionnement 217 sont supprimées et remplacées par des pontets verticaux supérieurs 218 entre premier et deuxième tube, et inférieurs 219, entre le deuxième et le troisième tube, les pontets délimitant entre eux des lumières sensiblement rectangulaires pour le passage du carburant.The variant of FIG. 5 differs from that of FIG. 4 in that the positioning fins 217 are eliminated and replaced by upper vertical bridges 218 between the first and second tubes, and lower 219, between the second and the third tubes, the bridges delimiting between them substantially rectangular lights for the passage of fuel.

Dans les variantes des figures 3 à 5, les dimensions précédemment évoquées sont conservées. In the variants of FIGS. 3 to 5, the dimensions previously mentioned are retained.

Le fonctionnement du piège à bulles est indiqué aux figures 6 à 8.The operation of the bubble trap is shown in Figures 6 to 8.

A la figure 6, on a représenté le début de la formation d'une accumulation de bulles dans le piège. Ces bulles s'agglomèrent dans la partie haute sous l'arrondi 10, 110, 210.In FIG. 6, the start of the formation of an accumulation of bubbles in the trap is shown. These bubbles agglomerate in the upper part under the rounding 10, 110, 210.

Si les conditions de remontée des bulles sont maintenues, le volume accumulé progresse et prend successivement les formes indiquées dans les figures 7 et 8.If the conditions for rising bubbles are maintained, the accumulated volume progresses and successively takes the forms indicated in Figures 7 and 8.

Dans la figure 8, l'écoulement à l'entrée de la pompe BP est devenu diphasique et l'accumulation des bulles est art entée du fait que la pompe BP absorbe toute-nouvelle formation de bulles.In FIG. 8, the flow at the inlet of the BP pump has become two-phase and the accumulation of bubbles is caused by the fact that the BP pump absorbs all-new bubble formation.

Lors d'une "remise des gaz", tout le volume des bulles accumulées est absorbé par la pompe BP qui l'avale sans problème puisque les dimensions du piège ont été calculées en fonction de la taille maximale de bulle que la pompe peut absorber sans se désamorcer.During a "go-around", the entire volume of the accumulated bubbles is absorbed by the BP pump which swallows it without problem since the dimensions of the trap have been calculated according to the maximum bubble size that the pump can absorb without defuse.

L'invention s'applique donc aux turboréacteurs d'aviation pour lesquels elle évite dans certaines circonstances de vol une extinction totale du moteur. The invention therefore applies to aviation turbojets for which it avoids in certain flight circumstances a total extinction of the engine.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1. Piège à bulles pour l'entrée de la pompe basse pression d'un circuit de distribution de carburant pour turbomachine aéronautique, caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins deux tubes cylindriques ( 8, 9 ; 108, 109 208, 209). le diamètre du deuxième tube (9, 109, 209) étant supérieur à celui du premier tube (8, 108, 208), en ce que les deux tubes montés coaxialement et l'un dans l'autre, sont disposés verticalement à l'entrée de la pompe basse pression, l'extrémité supérieure (9a, 109a, 209a) du deuxième tube étant obturée axialement et communiquant radialement avec l'extrémité supérieure (8a, 108a, 208a) du premier tube, et en ce que le carburant, allant vers la pompe basse pression, entre dans le deuxième tube (9, 109, 209) par son extrémité inférieure (9b, 109b, 209b), remonte entre le premier et le deuxième tube vers l'extrémité supérieure (9a, 109a, 209a) du deuxième tube, entre dans le premier tube (8, 108, 208) par son extrémité supérieure (8a, 108a, 208a), redescend dans le premier tube et sort du premier tube par son extrémité inférieure (8b, 108b, 208b) pour entrer dans la pompe basse pression.1. Bubble trap for the entry of the low pressure pump of a fuel distribution circuit for an aeronautical turbomachine, characterized in that it consists of at least two cylindrical tubes (8, 9; 108, 109 208 , 209). the diameter of the second tube (9, 109, 209) being greater than that of the first tube (8, 108, 208), in that the two tubes mounted coaxially and one inside the other, are arranged vertically at the inlet of the low pressure pump, the upper end (9a, 109a, 209a) of the second tube being closed axially and communicating radially with the upper end (8a, 108a, 208a) of the first tube, and in that the fuel, going towards the low pressure pump, enters the second tube (9, 109, 209) through its lower end (9b, 109b, 209b), goes up between the first and the second tube towards the upper end (9a, 109a, 209a ) from the second tube, enters the first tube (8, 108, 208) through its upper end (8a, 108a, 208a), descends into the first tube and leaves the first tube through its lower end (8b, 108b, 208b) to enter the low pressure pump. 2. Piège à bulles selon la revendication 1, caractérisé en ce que il comporte un troisième tube cylindrique (114, 214) dont le diamètre est plus grand que celui du deuxième tube (109, 209), ledit troisième tube étant monté coaxialement aux deux autres et entourant le deuxième tube, en ce que l'extrémité inférieure (114b, 214b) du troisième tube est obturée axialement et communique radialement avec l'extrémité inférieure '(109b, 209b) du deuxième tube, et en ce que le carburant allant vers la pompe basse pression entre dans le piège à bulles par l'extrémité supérieure (114a, 214a) du troisième tube, redescend entre le deuxième et le troisième tube vers l'extrémité inférieure (114b, 214b) du troisième tube, et entre dans le deuxième tube par son extrémité inférieure (109b,209b).2. bubble trap according to claim 1, characterized in that it comprises a third cylindrical tube (114, 214) whose diameter is larger than that of the second tube (109, 209), said third tube being mounted coaxially with the two others and surrounding the second tube, in that the lower end (114b, 214b) of the third tube is closed axially and communicates radially with the lower end '(109b, 209b) of the second tube, and in that the fuel going towards the low pressure pump enters the bubble trap by the upper end (114a, 214a) of the third tube, descends between the second and the third tube towards the lower end (114b, 214b) of the third tube, and enters the second tube by its lower end (109b, 209b). 3. Piège à bulles selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'entrée (213) du carburant est placée coaxialement au-dessus du deuxième tube (209) et dans le prolongement du premier tube et en ce qu'elle est raccordée au troisième tube (214) par un tube tronconique (215) coaxial.3. Bubble trap according to claim 2, characterized in that the fuel inlet (213) is placed coaxially above the second tube (209) and in the extension of the first tube and in that it is connected to the third tube (214) by a frustoconical tube (215) coaxial. 4. Piège à bulles selon la revendication 3, caractérisé en ce que le deuxième tube est surmonté d'une calotte conique (216) arrondie à son sommet qui répartit le carburant sur sa périphérie dans le troisième tube (214).4. Bubble trap according to claim 3, characterized in that the second tube is surmounted by a conical cap (216) rounded at its top which distributes the fuel around its periphery in the third tube (214). 5. Piège à bulles selon l'une quelconque des revendications 1. à 4, caractérisé en ce que la partie interne de l'extrémité supérieure du second tube est conformée en arrondi (10,110,210) sur son rayon et comporte une pointe centrale(ll,lll,211) tournée vers le bas.5. Bubble trap according to any one of Claims 1 to 4, characterized in that the internal part of the upper end of the second tube is rounded in shape (10,110,210) on its radius and has a central point (ll, lll, 211) facing down. 6. Piège à bulles selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la longueur du premier (8,108,208) et du second tube (-9,109,209) est comprise entre 3 et 6 fois le diamètre intérieur du premier tube.6. Bubble trap according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the length of the first (8,108,208) and the second tube (-9,109,209) is between 3 and 6 times the internal diameter of the first tube. 7. Piège à bulles selon la revendication 6, caractérisé en ce que le diamètre du second tube (9, 109, 209) est compris entre 1,4 et 1,6 fois le diamètre intérieur du premier tube (8, 108, 208).7. Bubble trap according to claim 6, characterized in that the diameter of the second tube (9, 109, 209) is between 1.4 and 1.6 times the inside diameter of the first tube (8, 108, 208) . 8. Piège à bulles selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'écartement entre l'extrémité intérieùre arrondie (10, 110, 210) du second tube et le bord supérieur (8a, 108a, 208a) du premier tube est compris entre 0,3 et 0,6 fois le diamètre du second tube (9, 109, 209). 8. Bubble trap according to claim 6, characterized in that the spacing between the rounded interior end (10, 110, 210) of the second tube and the upper edge (8a, 108a, 208a) of the first tube is between 0.3 and 0.6 times the diameter of the second tube (9, 109, 209).
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