FR2884869A1 - Procede et dispositif pour systemes d'allumage de moteur a turbine a gaz - Google Patents
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Abstract
Un procédé pour essayer un allumeur (40) couplé à l'intérieur d'un moteur à turbine à gaz (10), le moteur à turbine à gaz (10) comprenant une chambre de combustion (20), un transducteur de pression (44) couplé à la chambre de combustion (20), et un détecteur d'étincelle (42), comprend le fait de faire fonctionner le moteur à turbine à gaz (10), le contrôle de la pression de fonctionnement à l'intérieur du moteur à turbine à gaz (10), l'actionnement de l'allumeur (40) lorsque la pression contrôlée se trouve à l'intérieur d'une première plage de pression prédéfinie, et la génération d'une première indication si l'allumeur (40) n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR SYSTEMES D'ALLUMAGE DE MOTEUR A TURBINE A GAZ
Cette demande concerne de façon générale des moteurs à turbine à gaz, et, plus particulièrement, un procédé et un dispositif pour contrôler le fonctionnement d'un allumeur de moteur à turbine à gaz.
Au moins certains moteurs à turbine à gaz connus comprennent un compresseur, une chambre de combustion, un système d'allumage et une turbine. L'écoulement d'air entrant dans le compresseur est comprimé et dirigé vers la chambre de combustion, où il est mélangé à du carburant et allumé à l'aide du système d'allumage, produisant des gaz de combustion chauds utilisés pour entraîner la turbine.
Au moins certains systèmes d'allumage connus génèrent une tension relativement constante qui est délivrée en sortie à un allumeur. L'allumeur génère une étincelle à travers l'espace d'allumeur afin de déclencher la combustion du mélange carburant-air à l'intérieur de la chambre de combustion. Une fois que le système d'allumage démarre le processus de combustion, l'écoulement d'entrée continu et contrôlé de carburant vers la chambre de combustion est généralement suffisant pour maintenir le processus de combustion et la puissance dérivée de ce processus de combustion.
De façon plus caractéristique, une tension suffisamment élevée est requise pour qu'une étincelle traverse l'espace d'allumeur sous une pression ambiante prédéterminée à l'intérieur de la chambre de combustion. Lorsque la pression ambiante à l'intérieur de la chambre de combustion augmente, la tension minimale requise pour produire une étincelle augmente également. Durant l'événement d'étincelage, une partie du mélange carburant/air résidant à l'intérieur de l'espace d'allumeur, ou, autrement dit, du chemin d'étincelle, est ionisée de telle sorte qu'une telle étincelle puisse se produire. Lorsque la pression ambiante augmente, la quantité de molécules du mélange carburant/air qui doivent être ionisées augmente également. Par conséquent, pour générer une étincelle, une tension délivrée à l'allumeur doit également être accrue afin de faciliter l'ionisation de ces molécules de gaz additionnelles et produire ainsi l'étincelle.
Si la pression ambiante à l'intérieur de la chambre de combustion est trop élevée pour une tension et/ou un espace d'étincelle donné, l'allumeur ne produira pas d'étincelle. De façon plus caractéristique, la pression ambiante à l'intérieur de la chambre de combustion peut finalement atteindre une pression à laquelle la tension de pointe d'allumeur devient incapable d'ioniser le gaz à l'intérieur d'un espace d'étincelle donné, et, par conséquent, incapable de produire une étincelle, ce que l'on appelle ici sous le nom "pression d'extinction". De plus, l'espace d'étincelle, entre l'électrode et le côté mis à la masse, s'élargit lorsqu'une partie du matériau de pointe d'allumeur est libérée à chaque étincelle. Lorsque l'espace d'étincelle augmente, la durée de vie utile restante de l'allumeur est réduite, et une chute de la pression d'extinction se produit. En résultat, lorsque l'allumeur se voit délivrer une tension relativement fixe, toute augmentation de l'espace d'étincelle de l'allumeur produit une diminution correspondante de la pression d'extinction.
Au moins certains allumeurs connus ont une durée de vie qui est inversement proportionnelle au temps pendant lequel l'allumeur est excité. Par exemple, à chaque fois que l'allumeur est excité, la durée de vie restante de l'allumeur est réduite. D'autres facteurs qui peuvent faciliter la réduction de la durée de vie de l'allumeur comprennent des facteurs tels qu'une tension de fonctionnement délivrée à l'allumeur, un matériau d'allumeur, et/ou un facteur de corrosion et une température de l'environnement de fonctionnement. Par conséquent, plusieurs facteurs indépendants et variables peuvent affecter l'espérance de vie de chaque allumeur durant sa période d'utilisation.
Au moins certains moteurs à turbine à gaz connus comprennent des allumeurs qui fonctionnent pendant plus d'approximativement 12.000 heures. Cependant, l'estimation de l'espérance de vie d'un nouvel allumeur et/ou de la durée de vie restante d'un allumeur usagé est problématique. Par conséquent, au moins certains allumeurs connus sont remplacés lorsque l'allumeur a été utilisé pendant une quantité prédéterminée d'heures de moteur. Par exemple, au moins certains allumeurs connus sont remplacés durant un événement de maintenance de routine programmé. Par conséquent, au moins certains allumeurs sont remplacés avant que l'allumeur n'ait atteint la fin de sa durée de vie, tandis que d'autres allumeurs peuvent être remplacés après que l'allumeur ait atteint la fin de sa durée de vie. Le remplacement d'un allumeur avant la fin de sa durée de vie augmente les coûts de maintenance et de fonctionnement du moteur à turbine à gaz. Cependant, le remplacement de l'allumeur à la fin de sa durée de vie augmente la possibilité pour que le moteur puisse ne pas démarrer durant un fonctionnement normal.
Dans un aspect, un procédé pour essayer un allumeur couplé à l'intérieur d'un moteur à turbine à gaz, dans lequel le moteur à turbine à gaz comprend une chambre de combustion, un transducteur de pression couplé à la chambre de combustion, et un détecteur d'étincelle, est proposé. Le procédé comprend les étapes consistant à faire fonctionner le moteur à turbine à gaz, à contrôler la pression de fonctionnement à l'intérieur du moteur à turbine à gaz, à faire fonctionner l'allumeur lorsque la pression contrôlée se trouve à l'intérieur d'une première plage de pression prédéfinie, et à générer une première indication si l'allumeur ne réussit pas à générer une étincelle à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie.
Dans un autre aspect, on procure un système de commande couplé à un moteur à turbine à gaz. Le moteur à turbine à gaz comprend une chambre de combustion, au moins un allumeur, un transducteur de pression couplé à la chambre de combustion, et un détecteur d'étincelle. Le système de commande comprend un processeur programmé pour faire fonctionner le moteur à turbine à gaz, pour contrôler la pression de fonctionnement à l'intérieur du moteur à turbine à gaz, pour faire fonctionner l'allumeur lorsque la pression contrôlée se trouve à l'intérieur d'une première plage de pression prédéfinie, et pour générer une première indication si l'allumeur n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie.
Dans un autre aspect, on procure un ensemble de moteur à turbine à gaz. L'ensemble de moteur à turbine à gaz comprend un moteur à turbine à gaz comprenant une chambre de combustion, au moins un allumeur, un transducteur de pression couplé à la chambre de combustion, et un détecteur d'étincelle; et un système de commande couplé au moteur à turbine à gaz. Le système de commande comprend un processeur programmé pour faire fonctionner le moteur à turbine à gaz, contrôler la pression de fonctionnement à l'intérieur du moteur à turbine à gaz, faire fonctionner l'allumeur lorsque la pression contrôlée se trouve à l'intérieur d'une première plage de pression prédéfinie, et générer une première indication si l'allumeur ne réussit pas à générer une étincelle à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante, faite en référence aux dessins joints, dans lesquels: la figure 1 est une vue latérale en coupe transversale d'un exemple de moteur à turbine à gaz; la figure 2 est une illustration schématique d'un exemple de système de commande de moteur numérique à pleine autorité (Full Authority Digital Engine Control System ou FADEC) qui peut être utilisé avec le moteur à turbine à gaz représenté en figure 1; la figure 3 est un organigramme illustrant un exemple de procédé d'un essai d'un allumeur de moteur à turbine à gaz; et la figure 4 est une illustration graphique d'un exemple de moteur à turbine à gaz 10 utilisant le procédé représenté en figure 3.
La figure 1 est une illustration schématique d'un exemple d'ensemble de moteur à turbine à gaz 8 qui est installé sur un avion (non représenté). Dans l'exemple de réalisation, l'ensemble de moteur à turbine à gaz 8 comprend une dérivation élevée, un moteur à turbine à gaz à turbopropulseur 10 comportant, en communication d'écoulement série, un orifice d'entrée 12 pour recevoir de l'air ambiant 14, un ventilateur 16, un compresseur 18, une chambre de combustion 20, une turbine haute pression 22 et une turbine basse pression 24. La turbine haute pression 22 est couplée au compresseur 18 à l'aide d'un premier arbre 26, et la turbine basse pression 24 est couplée au ventilateur 16 à l'aide d'un deuxième arbre 28. Le moteur à turbine à gaz 10 a un axe de symétrie 32 s'étendant à partir d'un côté amont 34 du moteur à turbine à gaz 10 vers l'arrière vers un côté aval 36 du moteur à turbine à gaz 10. Dans l'exemple de réalisation, le moteur à turbine à gaz 10 comprend également au moins un allumeur 40 qui est couplé à proximité de la chambre de combustion 20. Le moteur à turbine à gaz 10 comprend également au moins un détecteur d'étincelle 42 et au moins un transducteur de pression 44 qui sont chacun couplés à un moteur à turbine à gaz 10. Dans l'exemple de réalisation, le détecteur d'étincelle 42 est configuré de façon à détecter une étincelle qui est générée par l'allumeur 40, et le transducteur de pression 44 est configuré de façon à déterminer une pression à l'intérieur de la chambre de combustion 20 approximativement au voisinage de l'allumeur d'étincelle 40, désignée ici par PS3.
Durant le fonctionnement, un écoulement d'air (P3) entre dans le moteur à turbine à gaz 10 par l'intermédiaire de l'orifice d'entrée 12, et est comprimé à l'aide du compresseur 18. L'air comprimé est canalisé vers l'aval à une pression et une température accrues vers la chambre de combustion 20. Du carburant est introduit dans la chambre de combustion 20, :L'air (PS3) et le carburant étant mélangés et allumés à l'intérieur de la chambre de combustion 20 pour générer des gaz de combustion chauds. De façon caractéristique, de l'air comprimé venant du compresseur 18 est mélangé à du carburant dans la chambre de combustion 20 et allumé à l'aide de l'allumeur 40, de façon à générer ainsi des gaz de combustion. Ces gaz de combustion sont ensuite utilisés pour entraîner la turbine haute pression 22 qui entraîne le compresseur 18 et pour entraîner la turbine basse pression 24 qui entraîne le ventilateur 16.
La figure 2 est une illustration schématique simplifiée d'un exemple de système de commande de moteur numérique à pleine autorité (Full Authority Digital Engine Control System ou FADEC) 50 qui peut être utilisé avec un ensemble de moteur à turbine à gaz 8 (représenté en figure 1). Dans l'exemple de réalisation, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 est couplé au moteur à turbine à gaz 10 et comprend un système d'acquisition de données (Data Acquisition System ou DAS) 52 qui échantillonne des données analogiques reçues à partir du détecteur d'étincelle 42 et/ou du transducteur de pression 44 et convertit les données analogiques en signaux numériques pour un traitement ultérieur. Un ordinateur 54 reçoit les données de capteur échantillonnées et numérisées à partir du système d'acquisition de données 52 et effectue une analyse de données à grande vitesse. Bien qu'une seule chambre de combustion 20 soit représentée, on devra réaliser que le moteur à turbine à gaz 10 peut comprendre une pluralité de chambres de combustion 20, chaque chambre de combustion comprenant un détecteur d'étincelle 42 et un transducteur de pression 44, qui sont configurés pour détecter une étincelle et déterminer une pression au voisinage de chaque allumeur respectif 40. De façon plus caractéristique, au moins un détecteur d'étincelle 42 et au moins un transducteur de pression 44 sont couplés à au moins un système d'acquisition de données 52 et/ou à un ordinateur 54, au moins l'un parmi le système d'acquisition de données 52 et/ou l'ordinateur 54 comprenant un algorithme programmé pour déterminer le moment où un événement d'étincelage d'allumage s'est produit dans le moteur à turbine à gaz 10.
L'ordinateur 54 reçoit des commandes à partir d'un opérateur par l'intermédiaire d'un clavier 56. Un afficheur associé 58, tel que, mais sans limitation à cela, un afficheur à cristaux liquides (LCD) et/ou un tube cathodique, permet à l'opérateur d'observer les données reçues à partir de l'ordinateur 54. Les commandes et les paramètres délivrés par l'opérateur sont utilisés par l'ordinateur 54 pour délivrer des signaux de commande et une information au système d'acquisition de données 52.
Dans une réalisation, l'ordinateur 54 comprend un dispositif 60, par exemple une unité de disquette, une unité de CD-ROM, une unité de DVD, un dispositif de disque magnéto-optique (Magnetic Optical Disk ou MOD), et/ou tout autre dispositif numérique comprenant un dispositif de connexion de réseau tel qu'un dispositif Ethernet pour lire des instructions et/ou des données à partir d'un support lisible par un ordinateur 62, tel qu'une disquette, un CD-ROM, un DVD ou une autre source numérique telle qu'un réseau ou l'Internet, ainsi que des moyens numériques encore à développer. Dans une autre réalisation, l'ordinateur 54 exécute des instructions mémorisées dans un microprogramme (non représenté). L'ordinateur 54 est programmé pour assurer les fonctions décrites ici, et, tel qu'il est utilisé ici, le terme ordinateur n'est pas simplement limité aux circuits intégrés généralement connus sous le nom d'ordinateurs, mais se réfère globalement à des ordinateurs, des processeurs, des micro-dispositifs de commande, des micro- ordinateurs, des dispositifs de commande logiques programmables, des circuits intégrés spécifiques à l'application, et d'autres circuits programmables, et ces termes sont utilisés ici de façon interchangeable.
De plus, bien que les procédés et les dispositifs décrits ici soient décrits dans une application à un avion, il est prévu que les avantages de l'invention s'appliquent à des systèmes employés de façon caractéristique dans une application industrielle, comme, par exemple, mais sans y être limités, des centrales électriques. Par conséquent, et dans l'exemple de réalisation, le moteur à turbine à gaz 10 et le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 sont couplés à un véhicule tel qu'un avion (non représenté), de telle sorte que l'information recueillie par le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 soit, soit mémorisée dans l'ordinateur 54 sur le véhicule, soit, d'une autre façon, que l'information soit transmise à une installation terrestre et téléchargée sur un ordinateur local (non représenté). Dans une autre réalisation, le moteur à turbine à gaz 10 et le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 sont installés dans une installation terrestre telle qu'une centrale électrique.
La figure 3 est un organigramme illustrant un exemple de procédé 100 pour essayer un allumeur couplé à un moteur à turbine à gaz, le moteur à turbine à gaz comprenant une chambre de combustion, un transducteur de pression couplé à la chambre de combustion, et un détecteur d'étincelle. Le procédé 100 comprend les étapes consistant à faire fonctionner (102) le moteur à turbine à gaz 10, à contrôler (104) la pression de fonctionnement à l'intérieur du moteur à turbine à gaz 10, à faire fonctionner (106) l'allumeur 40 lorsque la pression contrôlée se trouve à l'intérieur d'une première plage de pression prédéfinie, et à générer (108) une première indication si l'allumeur 40 ne réussit pas à générer une étincelle à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie.
La figure 4 est une illustration graphique d'un exemple d'un moteur à turbine à gaz I0 utilisant le procédé représenté en figure 3. Par exemple, durant le fonctionnement, le moteur à turbine à gaz 10 est initialisé ou démarré. La pression (P3) à 1 intérieur du moteur à turbine à gaz 10 augmente, de façon à augmenter ainsi la pression à l'intérieur de la chambre de combustion 20 (PS3). Dans l'exemple de réalisation, la pression du moteur à turbine à gaz (P3) varie en réponse à une pluralité de facteurs du moteur, comprenant, mais sans y être limités, la vitesse du moteur, et l'altitude de l'avion. Par conséquent, et dans l'exemple de réalisation, le contrôle 104 de la pression de fonctionnement à l'intérieur du moteur à turbine à gaz 10 comprend le contrôle de la pression à l'intérieur de la chambre de combustion 20 à l'aide d'un premier transducteur de pression 44, par exemple. Dans une autre réalisation, le contrôle 104 de la pression de fonctionnement à l'intérieur du moteur à turbine à gaz 10 comprend le contrôle de la pression en un quelconque emplacement à l'intérieur du moteur à turbine à gaz 10 à l'aide d'un deuxième transducteur de pression (non représenté), telle que, mais sans y être limitée, la pression de décharge de compresseur (compressor discharge pressure ou CDP).
Dans l'exemple de réalisation, les données reçues à partir du deuxième transducteur sont utilisées par le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 pour estimer une pression approximativement au voisinage de l'allumeur 40. De façon plus caractéristique, une pression reçue à partir d'une pluralité de points à l'intérieur du moteur à turbine à gaz 10 peut être utilisée par le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 pour déterminer la pression au voisinage de l'allumeur 40. Par exemple, si le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 reçoit un signal indicatif de la pression de décharge de compresseur, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 comprend un algorithme pour déterminer la pression au voisinage de l'allumeur 40 en fonction de la pression de décharge de compresseur. De plus, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 comprend un algorithme pour faciliter la compensation de tout retard dans le signal de pression de moteur reçu. Par exemple, durant une augmentation rapide de la pression du moteur, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 comprend un algorithme pour estimer le moment où la pression du moteur se trouvera à l'intérieur de l'une quelconque des plages de pression prédéfinies, et déclenche par conséquent un événement d'étincelage en fonction de la pression estimée à l'intérieur du moteur à turbine à gaz 10. Dans l'exemple de réalisation, la pression à l'intérieur du moteur à turbine à gaz 10 est contrôlée de façon continue pendant que le moteur à turbine à gaz 10 fonctionne.
Le procédé 100 comprend également le fait de faire fonctionner (106) l'allumeur 40 lorsque la pression contrôlée se trouve à l'intérieur d'une première plage de pression prédéfinie. De façon plus caractéristique, comme représenté en figure 4, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 fait fonctionner l'allumeur 40 de façon à faciliter le démarrage du processus de combustion à l'intérieur du moteur à turbine à gaz 10. Le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 utilise un signal reçu à partir du détecteur d'étincelle 42 pour déterminer si l'allumeur 40 a déclenché un événement d'étincelage. De façon approximativement simultanée, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 utilise un signal reçu à partir du transducteur de pression 44 pour déterminer la pression approximativement au voisinage de l'allumeur 40. Dans l'exemple de réalisation, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 actionne l'allumeur 40 une pluralité de fois durant la séquence de démarrage du moteur, de roulement au sol, de décollage, de croisière et d'atterrissage.
Par exemple, durant le démarrage, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 actionne l'allumeur 40 pour déclencher au moins un événement d'étincelage 200 afin de faciliter le démarrage du moteur à turbine à gaz 10. Après que le moteur à turbine à gaz 10 ait été démarré, du carburant additionnel est délivré au moteur 10 durant le décollage, de telle sorte que la pression (P3) à l'intérieur du moteur à turbine à gaz 10 soit accrue. Durant le décollage, par exemple, la pression à l'intérieur du moteur à turbine à gaz 10 augmentera jusqu'à ce que, finalement, la pression à l'intérieur de la chambre de combustion 20 (PS3) entre dans une première plage de pression prédéfinie 150. Dans l'exemple de réalisation, la première plage de pression prédéfinie 150 est située entre approximativement 4,8 bars (70 livres par pouce carré) et approximativement 6,2 bars (90 livres par pouce carré). Le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 actionne alors:L'allumeur 40 pour déclencher un événement d'étincelage 300 à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie 150. Le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 utilise un signal reçu à partir du détecteur d'étincelle 42 pour déterminer si l'allumeur 40 a déclenché un événement d'étincelage. De façon approximativement simultanée, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 utilise un signal reçu à partir du transducteur de pression 44 pour déterminer la pression (PS3) approximativement au voisinage de l'allumeur 40. Si le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 ne reçoit pas de signa__ du détecteur d'étincelle 42, ou, autrement dit, si l'allumeur d'étincelle 40 n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie 150, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 génère une première indication indiquant que l'allumeur 40 n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie 150. Dans une réalisation, la première indication est transmise à un pilote et/ou à une personne concernée sur l'avion. Dans une autre réalisation, la première indication est transmise au personnel de station au sol pour faciliter l'indication au personnel de station au sol du fait que l'allumeur 40 n'a pas réussi à s'allumer sur l'avion. Dans l'exemple de réalisation, la première indication est utilisée pour signaler à l'opérateur et/ou au personnel de maintenance au sol qu'il faut remplacer l'allumeur 40.
Lorsque l'avion poursuit le décollage, P3 continue à augmenter jusqu'à une deuxième plage de pression prédéfinie 152. Le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 actionne alors l'allumeur 40 pour déclencher un événement d'étincelage 30C' à l'intérieur d'une deuxième plage de pression prédéfinie 152 qui est supérieure à la première plage de pression prédéfinie 150.
Dans l'exemple de réalisation, la deuxième plage de pression prédéfinie 152 est comprise entre approximativement 8,27 bars (120 livres par pouce carré) et approximativement 9,65 bars (140 livres par pouce carré). Dans une autre réalisation, la deuxième plage de pression prédéfinie 152 est comprise entre approximativement 7,58 bars (110 livres par pouce carré) et approximativement 10,34 bars (150 livres par pouce carré). Dans l'exemple de réalisation, les première et deuxième plages de pression prédéfinies 150 et 152 sont toutes deux déterminées en fonction du moteur spécifique. Par exemple, dans l'exemple de réalisation, les première et deuxième plages de pression prédéfinies 150 et 152 sont toutes deux déterminées en fonction des caractéristiques de fonctionnement de l'exemple de moteur à turbine à gaz 10 (représenté en figure 1). D'une autre façon, les première et deuxième plages de pression prédéfinies 150 et 152 peuvent toutes deux être ajustées de façon à compenser différentes caractéristiques de fonctionnement d'une pluralité de moteurs à turbine à gaz différents.
Dans l'exemple de réalisation, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 ac-:ionne alors l'allumeur 40 afin de déclencher un évènement d'étincelage 300 à l'intérieur de la deuxième plage de pression prédéfinie 152. Le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 utilise un signal reçu à partir du détecteur d'étincelle 42 pour déterminer si l'allumeur 40 a déclenché un événement d'étincelage. De façon approximativement simultanée, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 utilise un signal reçu à partir du transducteur de pression 44 pour déterminer la pression (PS3) approximativement au voisinage de l'allumeur 40. Si le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 ne reçoit pas un signal du détecteur d'étincelle 42, ou, autrement dit, si l'allumeur d'étincelle 40 n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la deuxième plage de pression prédéfinie 152, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 génère une deuxième indication indiquant que l'allumeur 40 n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la deuxième plage de pression prédéfinie 152. Dans une réalisation, la deuxième indication est transmise à un pilote et/ou à une autre personne concernée sur l'avion. Dans une autre réalisation, la deuxième indication est transmise au personnel de station au sol afin de faciliter l'indication au personnel de station au sol du fait que l'allumeur 40 n'a pas réussi à s'allumer sur l'avion. Dans l'exemple de réalisation, la deuxième indication est utilisée pour signaler à l'opérateur et/ou au personnel de maintenance au sol qu'il faut programmer un événement de maintenance pour remplacer l'allumeur 40.
Durant des conditions de vol normales, la pression à l'intérieur du moteur à turbine à gaz 10 est généralement supérieure à la pression d'extinction de l'allumeur. Par conséquent, dans l'exemple de réalisation, le procédé 100 n'est pas utilisé lorsque l'avion fonctionne avec une pression de moteur à turbine à gaz qui dépasse la pression d'extinction de l'allumeur. Dans une autre réalisation, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 actionne l'allumeur 40 pour déclencher un événement 2884869 15 d'étincelage 300 à l'intérieur d'une quatrième plage de pression prédéfinie 156 qui est supérieure à la deuxième plage de pression prédéfinie 152. Le déclenchement d'un événement d'étincelage dans la quatrième plage de pression prédéfinie 156 facilite le fait de permettre à un opérateur de vérifier que l'allumeur 40 fonctionne correctement à des pressions de moteur à turbine à gaz relativement élevées et/ou à des altitudes relativement élevées. De façon plus caractéristique, le déclenchement d'un événement d'étincelage à l'intérieur de la quatrième plage de pression prédéfinie 156 délivre à l'opérateur une indication, de telle sorte que l'opérateur ait une plus grande confiance du fait que l'allumeur 40 fonctionne correctement, et que l'allumeur 40 fonctionnera correctement pour redémarrer le moteur à turbine à gaz 10 durant toutes les conditions de vol en résultat d'un arrêt du moteur à turbine à gaz, par exemple.
Dans l'exemple de réalisation, lorsque P3 diminue à la deuxième plage depression prédéfinie 152, durant l'atterrissage, par exemple, au moins un essai d'allumeur additionnel est effectué à l'intérieur de la deuxième plage de pression prédéfinie 152. De façon caractéristique, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 actionne l'allumeur 40 pour déclencher un événement d'étincelage 300 à l'intérieur de la deuxième plage de pression prédéfinie 152. Le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 utilise un signal reçu à partir du détecteur d'étincelle 42 pour déterminer si l'allumeur 40 a déclenché un événement d'étincelage. De façon approximativement simultanée, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 utilise un signal reçu à partir du transducteur de pression 44 pour déterminer la pression (PS3) approximativement au voisinage de l'allumeur 40. Si le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 ne reçoit pas un signal à partir du détecteur d'étincelle 42, ou, autrement dit, si l'allumeur d'étincelle 40 n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la deuxième plage de pression prédéfinie 152, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 génère la deuxième indication indiquant que l'allumeur 40 n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la deuxième plage de pression prédéfinie 152.
Lorsque l'avion se prépare pour des opérations d'atterrissage, P3 diminue à la première plage de pression prédéfinie 150. Le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 actionne alors l'allumeur 40 pour déclencher un événement d'étincelage 300 à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie 150. Le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 utilise un signal reçu à partir du détecteur d'étincelle 42 pour déterminer si l'allumeur 40 a déclenché un événement d'étincelage. De façon approximativement simultanée, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 utilise un signal reçu à partir du transducteur de pression 44 pour déterminer la pression (PS3) approximativement au voisinage de l'allumeur 40. Si le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 ne reçoit pas de signal à partir du détecteur d'étincelle 42, ou, autrement dit, si l'allumeur d'étincelle 40 n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie 150, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 génère une première indication indiquant que l'allumeur 40 n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie 150.
Dans l'exemple de réalisation, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 est également programmé pour effectuer un essai d'allumeur à l'intérieur d'une troisième plage de pression prédéfinie 154. Dans l'exemple de réalisation, la troisième plage de pression prédéfinie est comprise entre 0 bar et la première plage de pression prédéfinie 150. L'essai de:L'allumeur 40 à l'intérieur de la troisième plage de pression prédéfinie 154 facilite la vérification de la capacité de fonctionnement de l'ensemble du système d'allumage. Par exemple, lorsque le moteur à turbine à gaz 10 fonctionne à l'intérieur de la troisième plage de pression prédéfinie 154, la pression d'extinction est suffisamment faible pour que l'allumeur 40 doive générer une étincelle à l'intérieur de la troisième plage de pression prédéfinie 154. Par conséquent, la génération d'un évènement d'étincelage 300 à l'intérieur de la troisième plage de pression prédéfinie 154 facilite l'essai de la capacité de fonctionnement du système d'allumage de moteur à turbine à gaz. De façon plus caractéristique, et dans l'exemple de réalisation, la génération d'un événement d'étincelage 300 à l'intérieur de la troisième plage de pression prédéfinie 154 facilite l'essai de la capacité de fonctionnement de l'allumeur 40, du capteur d'étincelle 42, du transducteur de pression 44, et/ou du système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50, de façon à faciliter le fait d'assurer qu'une étincelle est générée et/ou qué l'étincelle générée est détectée par le capteur d'étincelle 42, et transmise au système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50.
Par conséquent, durant le fonctionnement normal, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 effectue un essai d'étincelle d'allumeur à trois pressions de chambre de combustion concernées, la première plage de pression prédéfinie 150, la deuxième plage de pression prédéfinie 152 et la troisième plage de pression prédéfinie 154, ou, autrement dit, la pression désirée minimale à laquelle se produit l'étincelle. De façon caractéristique, l'essai de l'allumeur 40 à l'intérieur de la deuxième plage de pression prédéfinie 152 donne une marge adéquate à partir de la première plage de pression prédéfinie 150 pour que l'utilisateur ou l'opérateur planifie un remplacement de l'allumeur durant la durée de vie restante de l'allumeur lorsque la pression d'extinction de l'allumeur se dégrade de la deuxième plage de pression prédéfinie 152 à la première plage de pression prédéfinie 150. Une pression d'environnement de moteur prédéterminée, ou, autrement dit, une première plage de pression prédéfinie 150, à laquelle l'allumeur n'est pas capable de produire une étincelle, est par conséquent considérée comme étant suffisamment proche de la fin de sa durée de vie pour qu'il soit remplacé.
Dans un autre exemple de réalisation, l'allumeur 40 est essayé une pluralité de fois, ou, autrement dit, à une pluralité de points de données de pression d'extinction 400, durant l'enveloppe de vol, pour générer une courbe de détérioration d'allumeur. De façon plus caractéristique, les points de données de pression d'extinction 400 sont utilisés par un algorithme installé dans le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 pour générer un profil de détérioration, qui est représentatif des points de données de pression d'extinction recueillis durant l'essai de l'allumeur. Par exemple, comme représenté en figure 4, durant le fonctionnement normal, un exemple d'allumeur fonctionnera normalement pendant la majorité de sa durée de vie, à savoir que la pression d'extinction de l'allumeur restera relativement constante. Cependant, lorsque l'allumeur commence à se détériorer, la pression d'extinction de l'allumeur diminuera rapidement, à savoir qu'elle s'effondrera, jusqu'à ce que l'allumeur ne réussisse pas à fonctionner. Par conséquent, dans l'exemple de réalisation, une pluralité de points de données de pression d'extinction 400 sont recueillis à l'intérieur de la plage 156 pour faciliter "l'encadrement" de la pression d'extinction. De façon plus caractéristique, la pluralité de points de données de pression d'extinction 400 sont utilisés pour déterminer la pression d'extinction actuelle de l'allumeur spécifique. Après que la pression d'extinction actuelle ait été déterminée, un opérateur peut effectuer un essai lors de vols suivants pour suivre le changement de la pression d'extinction de l'allumeur jusqu'à ce que la pression d'extinction chute à un niveau prédéterminé, et, à ce moment, soit l'allumeur est remplacé, soit un événement de maintenance est programmé pour remplacer l'allumeur.
Dans l'exemple de réalisation, la limite inférieure de durée de vie prévue de l'allumeur est d'approximativement 500 heures de fonctionnement, la limite moyenne est d'approximativement 800 à 900 heures de fonctionnement, et la limite supérieure est d'approximativement 1200 heures de fonctionnement du moteur. Le modèle de fonctionnement de l'allumeur est ensuite utilisé par le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 pour faciliter la prédiction de la durée de vie restante de l'allumeur 40.
Par conséquent, durant le fonctionnement normal, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 effectue un essai d'étincelle d'allumeur à trois pressions de chambre de combustion concernées, la pression souhaitée minimale à laquelle l'étincelle se produit, une pression plus élevée qui donne une marge adéquate à partir du minimum pour que l'utilisateur ou l'opérateur planifie le remplacement de l'allumeur durant la durée de vie restante de l'allumeur lorsque la pression d'extinction de l'allumeur se dégrade, et une troisième pression qui est inférieure à la première pression pour vérifier la capacité de fonctionnement du système d'allumage.
Ici sont décrits un procédé et un dispositif pour essayer un allumeur dans une système d'allumage de turbine à gaz. Le système comprend un capteur de pression suffisamment rapide (à faible constante de temps), un capteur d'étincelle d'allumeur qui indique le moment où se produit l'étincelle de l'allumeur, une anticipation de pression d'environnement dérivée à partir de paramètres de fonctionnement nominaux du moteur connus au préalable, et des circuits électroniques pour effectuer le minutage et les calculs. Le système détermine le moment où la pression d'environnement du moteur atteint un certain point concerné, puis, après avoir déjà réservé un temps suffisant pour créer une pleine charge d'étincelle en anticipation du moment, déclenche l'événement d'étincelage. Le système détermine tout d'abord si l'étincelle s'est produite, et, si c'est le cas, l'allumeur est acceptable à ce niveau de pression d'environnement de moteur, et, si ce n'est pas le cas, l'allumeur a échoué, et n'est pas capable de fonctionner à ce niveau de pression du moteur. D'autres événements d'essai d'allumeur effectués à des pressions additionnelles sont utilisés pour confirmer que les procédés d'essai, et les composants du système d'allumage essayé, sont opérationnels, et que le système d'allumage est toujours fonctionnel à la pression inférieure.
De plus, l'ordinateur, ou, autrement dit, le système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50, contrôle de façon continue la pression d'environnement à l'intérieur du moteur à turbine à gaz, anticipe le moment où la pression du moteur entre dans la plage concernée pour la pression, puis déclenche immédiatement l'événement d'étincelage de façon à ce qu'il se produise à l'intérieur de cette plage de pression concernée. L'ordinateur mesure, enregistre et indique les résultats de l'essai du système d'allumage à chaque pression d'essai et la réponse d'étincelle ou d'absence d'étincelle de l'allumeur à chaque pression. L'ordinateur délivre alors un signal d'état à l'utilisateur ou à l'opérateur ou à la maintenance pour que l'allumeur soit remplacé, ou, sinon, pour programmer un événement de maintenance d'allumeur. De plus, l'ordinateur déclenche l'allumage à des pressions plus basses afin d'assurer que le système d'allumage soit toujours fonctionnel en dessous de la pression d'extinction, et délivre l'état à l'opérateur ou à l'utilisateur.
Un exemple de procédé et de dispositif pour contrôler et estimer la durée de vie restante d'un allumeur de moteur à turbine à gaz sont décrits ici. Les procédés et les dispositifs illustrés ne sont pas limités aux réalisations spécifiques décrites ici, mais, au contraire, des composants de chacun peuvent être utilisés indépendamment et séparément d'autres composants décrits ici. Par exemple, l'algorithme de l'ordinateur peut également être utilisé en combinaison avec une variété d'autres moteurs à turbine.
De plus, les procédés et les dispositifs décrits ici fournissent à des utilisateurs et à des opérateurs de moteurs à turbine à gaz la capacité à essayer l'allumeur et/ou le système d'allumage de moteur à turbine à gaz afin de contrôler étroitement un allumeur individuel, sur une base régulière, avant l'imminence de l'impossibilité de l'allumeur à produire une étincelle. Les procédés et les dispositifs décrits ici fournissent par conséquent une utilité maximale de l'allumeur à l'utilisateur, et, deuxièmement, fournissent une opportunité à l'utilisateur ou à l'opérateur de planifier le remplacement de l'allumeur avant l'apparition d'une défaillance.
LISTE DES PARTIES
Moteur à turbine à gaz 10 Orifice d'entrée 12 Air ambiant 14 Ventilateur 16 Compresseur 18 Chambre de combustion 2 0 Turbine haute pression 22 Turbine basse pression 24 Premier arbre 26 Deuxième arbre 2 8 Axe de symétrie 32 Côté amont 3 4 Côté aval_ _36 Allumeur 4 0 Détecteur d'étincelle_ _ Transducteur de pression 44 Système de commande de moteur numérique à pleine autorité 50 Système d'acquisition de données 52 Ordinateur 54 Clavier 5 6 Ecran 5 8 Dispositif 60 Support lisible par un ordinateur_ 62 Procédé 10 0 Génération 102 Génération 104 Génération 10 6 Détermination 108 Modèle de fonctionnement de l'allumeur 200 Courbes de distribution de l'allumeur 202 Points de données de pression d'ext.inct. ion 210 Première courbe de distribution d'ailumeur 220 Deuxième courbe de distribution d'allumeur 222 Troisième courbe de distribution d'allumeur...
224 Limite inférieure 230 Limite moyenne 232 Limite supérieure 234
Claims (2)
- 24 REVENDICATIONS1. Système de commande couplé à un moteur à turbine à gaz (10), caractérisé en ce que le moteur à turbine à gaz (10) comprend une chambre de combustion (20), au moins un allumeur (40), un transducteur de pression (44) couplé à la chambre de combustion (20), et un détecteur d'étincelle (42), et en ce que ledit système de commande comprend un processeur programmé pour: faire fonctionner le moteur à turbine à gaz (10) ; contrôler la pression de fonctionnement à l'intérieur du moteur à turbine à gaz (10) ; faire fonctionner l'allumeur (42) lorsque la pression contrôlée se trouve à l'intérieur d'une première plage de pression prédéfinie; et générer une première indication si l'allumeur (40) n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie.2. Système de commande selon la revendication 1, dans lequel ledit processeur est de plus programmé pour ordonner à un opérateur de remplacer l'allumeur (40) en fonction de la première indication.3. Système de commande selon la revendication 1, dans lequel ledit processeur est de plus programmé pour: actionner l'allumeur (40) lorsque la pression contrôlée se trouve à l'intérieur d'une deuxième plage de pression prédéfinie qui est supérieure à la première plage de pression prédéfinie; et générer une deuxième indication qui est différente de la première indication si l'allumeur (40) n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la deuxième plage de pression prédéfinie.4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel ledit processeur est de plus programmé pour ordonner à un opérateur de programmer un événement de maintenance d'allumeur en fonction de la deuxième indication.
- 2884869 25 5. Système de commande selon la revendication 3, dans lequel ledit processeur est de plus programmé pour: détecter l'étincelle d'allumeur à l'aide du détecteur d'étincelle (42) ; et corréler la pression de chambre de combustion au moment d'apparition de l'étincelle d'allumeur détectée pour déterminer si l'allumeur (40) a produit une étincelle à l'intérieur d'au moins l'une des première et deuxième plages de pression prédéfinies.6. Système de commande selon la revendication 3, dans lequel ledit processeur est de plus programmé pour: actionner l'allumeur (40) lorsque la pression contrôlée se trouve à l'intérieur d'une troisième plage de pression prédéfinie qui est inférieure à la première plage de pression prédéfinie; et générer une troisième indication qui est différente des première et deuxième indications, la troisième indication étant utilisée pour vérifier qu'au moins l'un parmi le transducteur de pression (44), le détecteur d'étincelle (42) et l'allumeur (40) sont opérationnels.7. Système de commande selon la revendication 6, dans lequel ledit processeur est de plus programmé pour transmettre au moins l'une parmi la première indication, la deuxième indication et la troisième indication à un emplacement distant.8. Ensemble de moteur à turbine à gaz (10), caractérisé en ce qu'il comprend: un moteur à turbine à gaz (10) comprenant une chambre de combustion (20), au moins un allumeur (40), un transducteur de pression (44) couplé à la chambre de combustion (20), et un détecteur d'étincelle (42) ; et un système de commande couplé audit moteur à turbine à gaz (10), et en ce que ledit système de commande comprend un processeur programmé pour: faire fonctionner le moteur à turbine à gaz (10) ; contrôler la pression de fonctionnement à l'intérieur du moteur à turbine à gaz (10) ; actionner l'allumeur (40) lorsque la pression contrôlée se trouve à l'intérieur d'une première plage de pression prédéfinie; générer une première indication si l'allumeur (40) n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la première plage de pression prédéfinie; actionner l'allumeur (40) lorsque la pression contrôlée se trouve à l'intérieur d'une deuxième plage de pression prédéfinie qui est supérieure à la première plage de pression prédéfinie; et générer une deuxième indication qui est différente de la première indication si l'allumeur (40) n'a pas réussi à générer une étincelle à l'intérieur de la deuxième plage de pression prédéfinie 9. Ensemble de moteur à turbine à gaz (10) selon la revendication 8, dans lequel ledit processeur est de plus programmé pour: ordonner à un opérateur de remplacer l'allumeur (40) en fonction de la première indication; et ordonner à un opérateur de programmer un événement de maintenance d'allumeur en fonction de la deuxième indication.10. Ensemble de moteur à turbine à gaz (10) selon la revendication 8, dans lequel ledit processeur est de plus programmé pour: détecter l'étincelle d'allumeur à l'aide du détecteur d'étincelle (42) ; et corréler la pression de chambre de combustion au moment d'apparition de l'étincelle d'allumeur détectée afin de déterminer si l'allumeur (40) a produit une étincelle à l'intérieur d'au moins l'une des première et deuxième plages de pression prédéfinies.
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