FR2927406A1 - Procedes et systemes de modulation d'ecoulement de carburant pour moteurs a turbine a gaz - Google Patents
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Abstract
Un procédé de régulation de stabilité de combustion pour un moteur à turbine à gaz est prévu et comprend les étapes consistant à recevoir, par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation de stabilité, des informations concernant des conditions d'environnement et de fonctionnement, et comparer les conditions d'environnement et de fonctionnement à des informations programmées préalablement pour déterminer si une probabilité d'instabilité de combustion existe. Le procédé comprend en outre les étapes consistant à déterminer des fréquence et amplitude optimales de modulation de carburant pour la condition d'environnement pour réduire une instabilité de combustion, si une probabilité d'instabilité de combustion existe, et actionner au moins une soupape de modulation de carburant (612, 812, 892, 1112) pour, aux fréquence et amplitude optimales de modulation de carburant, réduire l'instabilité de combustion, si une probabilité d'instabilité de combustion existe. Des systèmes de modulation d'écoulement de carburant sont également proposés.
Description
1
PROCÉDÉS ET SYSTÈMES DE MODULATION D'ÉCOULEMENT DE CARBURANT POUR MOTEURS À TURBINE À GAZ Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne des procédés et systèmes de modulation de carburant distribué à un moteur à turbine à gaz. Particulièrement, la présente invention concerne des agencements de soupapes et des procédés destinés à réguler de tels agencements de soupapes dans des moteurs à turbine à gaz.
Etat de la technique
L'instabilité de la combustion est un problème important dans la conception de chambres de combustion à faibles émissions et hautes performances pour les turbines à gaz. L'instabilité de la combustion est généralement entendue comme étant des oscillations de pression de haute amplitude qui se produisent en conséquence de la nature turbulente du procédé de combustion et la libération d'énergie volumétrique importante à l'intérieur de la chambre de combustion. L'instabilité de la combustion réduit les performances du système de moteur, et les vibrations résultant d'oscillations de pression peuvent endommager des composants de matériel, y compris la chambre de combustion elle-même. En outre, lorsque la libération de chaleur de combustion se met en phase avec et renforce les ondes de pression acoustique, cela entraîne une instabilité thermo-acoustique.
Dans le passé, des procédés de régulation passive étaient utilisés pour corriger l'instabilité de la combustion, y compris, par exemple, la modification du modèle de distribution d'injection de carburant, ou le changement de la forme ou de la capacité de la chambre de combustion. Les régulations passives sont souvent coûteuses et limitent les performances de la chambre de combustion. Plus récemment, des procédés de régulation active ont été utilisés pour corriger l'instabilité de la combustion en modifiant la pression à l'intérieur du système. La demande de brevet US 2007/0151252 (Cornwell et al.) décrit une pluralité d'agencements de soupapes capables de fonctionner à haute fréquence (de jusqu'à et au-delà de 1000 Hz) pour fournir des pulsations de carburant à la fréquence souhaitée pour favoriser la stabilité de la combustion, par exemple. Les soupapes décrites dans ce document proposent des éléments rotatifs qui modulent le carburant, lorsqu'ils sont régulés par un système de régulation. Bien que les dispositifs décrits puissent être réalisés avec de multiples éléments de soupape pour entraîner une grande variété de conditions d'écoulement, les demandeurs reconnaissent que de telles soupapes peuvent également être réalisées avec un élément de soupape rotatif unique. Les demandeurs reconnaissent en outre qu'il serait avantageux d'utiliser des mesures simples et efficaces et relativement peu coûteuses pour utiliser de telles soupapes à pulsations pour contrôler efficacement la stabilité de combustion. La présente invention propose une solution à ces besoins.
Objet de l'invention
L'objectif et les avantages de la présente invention vont être présentés et expliqués à partir de la description qui suit. Des avantages supplémentaires de l'invention seront réalisés et obtenus par les procédés et systèmes particulièrement indiqués dans la description écrite et les revendications de celle-ci, ainsi qu'à partir des dessins joints.
Pour obtenir ceux-ci et d'autres avantages et selon l'objectif de l'invention, telle qu'elle est réalisée, l'invention comprend un procédé de régulation de stabilité de la combustion dans un moteur à turbine à gaz. Le procédé comprend les étapes consistant à déterminer des conditions d'environnement et de fonctionnement qui provoquent une instabilité de la combustion dans le moteur à turbine à gaz, programmer un dispositif de régulation avec les conditions d'environnement et de fonctionnement qui provoquent une instabilité de combustion et avec une fréquence de pulsation de modulation de carburant pour contrer une instabilité dans un ensemble quelconque de conditions d'environnement et de fonctionnement, et fournir au moins un capteur d'environnement possédant une interface avec le dispositif de régulation et au moins une soupape de modulation de carburant possédant une interface avec le dispositif de régulation de modulation d'écoulement de carburant vers le moteur à turbine à gaz. De telles conditions d'environnement peuvent être celles mesurées dans ou près de la chambre de combustion du moteur à turbine, ou peuvent être des conditions mesurées par d'autres capteurs sur un aéronef, tels qu'un capteur 3 4 d'altitude ou de niveau d'oxygène, par exemple. Par exemple, un fabriquant de moteur peut prévoir de quelconques instabilités par avance et mettre en œuvre des plans de régulation efficaces pour réduire ou éliminer les instabilités qui peuvent se produire, telles qu'en appliquant une pulsation sur un écoulement de carburant à une fréquence appropriée à une pression de carburant appropriée. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de régulation de la stabilité de combustion pour un moteur à turbine à gaz est proposé. Le procédé comprend les étapes consistant à recevoir, par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation de la stabilité, des informations concernant des conditions d'environnement et de fonctionnement, et comparer les conditions d'environnement et de fonctionnement à des informations programmées préalablement pour déterminer si une probabilité d'instabilité de la combustion existe. Le procédé comprend en outre les étapes consistant à déterminer la fréquence et l'amplitude optimales de modulation de carburant pour la condition d'environnement pour réduire l'instabilité de combustion, si une probabilité d'instabilité de combustion existe, et actionner au moins une soupape de modulation de carburant, à une fréquence et une amplitude optimales de modulation de carburant, pour réduire l'instabilité de la combustion, si une probabilité d'instabilité de la combustion existe. Selon un autre aspect de l'invention, un procédé de régulation de la stabilité de la combustion dans un moteur à turbine à gaz est proposé. Le procédé comprend les étapes consistant à recevoir, par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation de stabilité, des informations à partir d'au moins un capteur concernant l'amplitude et la fréquence d'onde de pression de combustion, comparer l'amplitude d'onde de pression de combustion à un seuil d'amplitude programmé préalablement 5 pour déterminer si une instabilité excessive de la combustion existe, déterminer une fréquence et une amplitude optimales de modulation de carburant pour les pulsations de carburant nécessaires pour réduire l'amplitude de l'onde de pression de combustion, et actionner au moins une soupape de modulation de carburant pour appliquer une pulsation sur le carburant à une fréquence et une amplitude sélectionnées pour réduire l'amplitude d'onde de pression de combustion. La fréquence sélectionnée à laquelle la soupape de modulation de carburant applique une pulsation sur le carburant peut être sensiblement égale à la fréquence d'ondes de pression de combustion qui dépassent le seuil d'amplitude de pression, la fréquence de pulsation de la soupape étant en déphasage avec la fréquence d'onde de pression de combustion. Selon cet aspect de l'invention, le système de régulation respectif peut être adapté et configuré pour surveiller la stabilité de combustion au cours de et/ou après la modulation pour forcer la combustion à l'intérieur d'une limite acceptable. De tels systèmes peuvent en outre être adaptés pour compenser un temps de réponse durant la détection d'une condition de combustion instable, comme en fournissant une capacité d'apprentissage et de mémoire à un dispositif de régulation de stabilité, par exemple.
Un quelconque système selon l'invention peut être adapté et configuré pour appliquer en continu une pulsation sur un écoulement de carburant, et pour réagir 6 à l'instabilité de combustion en changeant la phase des pulsations du carburant afin d'interrompre des instabilités. De préférence, cependant, il est envisagé que la pulsation de carburant soit réalisée seulement lorsqu'elle est nécessaire en raison d'instabilités, afin de ne pas entraîner d'instabilités dans le cas d'ondes de pression de combustion de faible amplitude, ou d'user des composants de soupape prématurément. Même dans des cas où une pulsation est appliquée sur l'écoulement de carburant seulement lorsque cela est nécessaire, des procédés selon l'invention peuvent comprendre l'étape consistant à régler une phase relative de pulsation de carburant, par rapport à des ondes de pression d'instabilité, afin de minimiser l'amplitude d'ondes de pression d'instabilité de combustion. Selon un aspect supplémentaire de l'invention, un système de modulation d'écoulement de carburant dans un moteur à turbine à gaz comprend au moins un capteur de stabilité de combustion destiné à détecter une instabilité de la combustion dans une chambre de combustion du moteur à turbine à gaz, et une unité de régulation configurée et adaptée pour recevoir des données de stabilité de combustion à partir de l'au moins un capteur de stabilité de combustion et pour envoyer un signal de régulation sur la base des données de stabilité de combustion. Le système comprend également au moins une soupape de modulation de carburant configurée et adaptée pour recevoir du carburant à partir d'une alimentation en carburant, et pour recevoir un signal de régulation à partir de l'unité de régulation, et au moins un injecteur de carburant configuré et adapté pour recevoir du carburant à partir de l'au moins une soupape de 7 modulation de carburant, l'au moins un injecteur de carburant distribuant du carburant modulé dans une chambre de combustion du moteur à turbine. Un quelconque système selon l'invention peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, telles qu'elles sont présentées ci-dessous. Un collecteur de distribution peut être interposé entre une soupape de modulation de carburant et une pluralité d'injecteurs de carburant, le collecteur distribuant du carburant à partir de la soupape de modulation de carburant à la pluralité d'injecteurs de carburant. Une soupape distributrice d'écoulement peut être interposée entre l'alimentation en carburant et la soupape de modulation, la soupape distributrice d'écoulement divisant l'écoulement de carburant en au moins des premier et second écoulements de carburant, déviés à travers au moins des premier et second circuits de carburant, respectivement. Le premier circuit de carburant peut être en communication fluidique avec une première soupape de modulation, qui à son tour est également en communication fluidique avec un premier collecteur de distribution configuré et adapté pour distribuer du carburant à un premier circuit de carburant de chacun d'une pluralité d'injecteurs de carburant. Le second circuit de carburant peut être en communication fluidique avec un second collecteur de distribution configuré et adapté pour distribuer du carburant à un second circuit de carburant de la pluralité d'injecteurs de carburant. La seconde soupape de modulation peut être prévue dans le second circuit de carburant, recevant du carburant à partir de la soupape distributrice 8
d'écoulement et distribuant le carburant au second collecteur de distribution. Selon un autre aspect, des systèmes selon l'invention peuvent en outre comprendre une soupape de séparation interposée entre l'alimentation en carburant et les soupapes de modulation de carburant, du carburant à partir de la soupape de séparation étant séparé entre des premier et second circuits de carburant, distribuant le carburant à des première et seconde soupapes de modulation respectivement, chacune des première et seconde soupapes de modulation étant en communication fluidique avec et distribuant du carburant respectivement à des premier et second collecteurs de distribution, les premier et second collecteurs de distribution distribuant du carburant respectivement à des premier et second jeux d'injecteurs de carburant. Selon l'invention, des systèmes peuvent comprendre une soupape de séparation interposée entre l'alimentation en carburant et une soupape de modulation de carburant, du carburant à partir de la soupape de séparation étant séparé entre des premier et second circuits de carburant, le premier circuit de carburant étant en communication fluidique avec une première soupape de modulation, qui à son tour est en communication fluidique avec et distribue du carburant à un premier collecteur de distribution, le second circuit de carburant étant en communication fluidique avec un second collecteur de distribution, les premier et second collecteurs distribuant du carburant respectivement à des premier et second jeux d'injecteurs de carburant. En variante ou en outre, des systèmes peuvent comprendre un collecteur de distribution de carburant 9 configuré et adapté pour distribuer du carburant à une pluralité d'injecteurs de carburant possédant des soupapes de modulation de carburant solidaires. Si l'on souhaite, tous les injecteurs de carburant peuvent être pourvus de soupapes de modulation de carburant solidaires. En variante, un premier jeu d'injecteurs de carburant peut être pourvu de soupapes de modulation de carburant solidaires avec un second jeu d'injecteurs de carburant en communication fluidique directe avec le collecteur de distribution. Il faut entendre que la description générale précédente ainsi que la description détaillée suivante sont des exemples et sont prévues pour fournir une explication supplémentaire de l'invention revendiquée.
Description des figures
Les dessins joints, qui sont incorporés dans et constituent une partie de la présente description, sont inclus pour illustrer et fournir une compréhension supplémentaire du procédé et du système de l'invention. Conjointement à la description, les dessins servent à expliquer les principes de l'invention, sur lesquels : la figure 1 illustre une région typique pour une combustion stable dans des moteurs à turbine à gaz, illustré à une pression constante ; les figures 2 et 3 illustrent des amplitudes et fréquences typiques d'instabilités pour un moteur à turbine unique fonctionnant dans le même ensemble de conditions sans régulation de stabilité de combustion (figure 2), et avec une régulation de stabilité de combustion selon l'invention (figure 3) ; 10
les figures 4 et 5 illustrent deux exemples de plans de modulation par rapport à une modulation standard se produisant à une fréquence de 500 Hertz ; la figure 6 illustre un agencement de soupape pour systèmes selon l'invention, dans lequel du carburant à partir d'un système de régulation de carburant est distribué à travers une soupape de modulation qui à son tour fournit du carburant modulé à une pluralité d'injecteurs de carburant à travers un collecteur de distribution unique ; la figure 7 représente un autre agencement de soupapes pour des systèmes selon l'invention, dans lequel une soupape distributrice d'écoulement est prévue pour diviser le carburant à partir d'une régulation de carburant à deux circuits de carburant différents alimentant le même jeu d'injecteurs de carburant pilotés ; la figure 8 illustre une variante de l'agencement de soupapes de la figure 7, dans lequel du carburant à travers les circuits de carburant principal et pilote peut être modulé avec des soupapes de modulation respectives ; les figures 9 et 10 illustrent des agencements supplémentaires de soupapes pour des systèmes selon l'invention, où une soupape de séparation est prévue en série avec une ou plusieurs soupapes de modulation ; et les figures 11 et 12 illustrent un agencement de soupapes pour des systèmes selon l'invention, dans lequel des soupapes de modulation individuelles sont associées à seulement des injecteurs de carburant sélectionnés ou en variante à tous les injecteurs de carburant.
Il va à présent être fait référence en détail à des modes de réalisation représentatifs de l'invention, dont des exemples sont illustrés sur les dessins joints. Les procédés et les étapes correspondantes de l'invention vont être décrits conjointement à la description détaillée des présents systèmes. Selon un aspect de la présente invention, un procédé à boucle ouverte de régulation active d'instabilité de combustion est proposé. Selon cet aspect, des conditions d'environnement, qui peuvent comprendre, mais ne sont pas limitées à ceux-ci, la pression d'air, la température, l'altitude, la concentration en oxygène, la pression de carburant, le rapport carburant/air, le débit de carburant et le débit d'air, sont mesurées, lesquelles données sont entrées dans une unité de régulation de stabilité de la combustion. L'unité de régulation de stabilité de la combustion peut être une unité de régulation indépendante, ou peut être intégrée dans d'autres régulations, par exemple, une unité de régulation de moteur électronique telle qu'un FADEC (système de régulation électronique numérique à pleine autorité du moteur). Selon cet aspect, des conditions connues pour entraîner une instabilité de combustion déclenchent une réponse à partir de la régulation de stabilité de combustion pour améliorer la stabilité de la combustion en modulant l'écoulement de carburant, comme cela va être décrit de façon plus détaillée ci-dessous.
La figure 1 illustre une région typique pour une combustion stable dans des moteurs à turbine à gaz, illustrée à une pression constante. Comme on peut le voir, 11 12
en comparant le rapport carburant/air à l'écoulement d'air massique, on peut déterminer la probabilité d'instabilité de combustion pour une pression donnée. Les demandeurs conçoivent que, suivant la conception et/ou la fabrication d'un moteur à turbine, le moteur peut être testé (physiquement et/ou virtuellement par l'intermédiaire de modélisation par ordinateur) pour déterminer les caractéristiques précises de combustion du moteur dans des ensembles différents de conditions d'environnement. Les conditions, qui pour ce moteur entraînent des instabilités de combustion, lorsqu'elles sont détectées, peuvent déclencher une modulation de carburant par l'intermédiaire de la régulation de stabilité de combustion et des soupapes de modulation de carburant. En conséquence, des données de stabilité de combustion ne sont pas directement nécessaires selon une régulation en boucle ouverte de stabilité de combustion selon la présente invention. Cependant, une connaissance avancée des caractéristiques de fonctionnement d'un moteur est nécessaire, qui, selon l'invention, peut être planifiée et stockée par le dispositif de régulation de stabilité. Les fréquences de l'instabilité de combustion dans une condition donnée quelconque sont également de préférence recherchées et connues par avance, de sorte que le carburant puisse être modulé à une fréquence pour contrer une fréquence donnée d'instabilité de combustion. Une telle fréquence n'est de préférence pas une fréquence naturelle de la chambre de combustion, et est une fréquence qui interrompt le plus efficacement la condition de combustion instable connue pour un ensemble donné de conditions d'environnement et de fonctionnement. 13
Une soupape de régulation de carburant peut alors être régulée pour fonctionner à la fréquence préférée par l'unité de régulation de stabilité. De préférence, l'amplitude de la modulation de carburant est sélectionnée pour réduire l'amplitude de l'instabilité de combustion sans surcharger l'instabilité dans une condition instable différente. Ceci peut être accompli en régulant de façon appropriée une soupape de modulation possédant des amplitudes variables de modulation de pression de carburant, ou en fournissant une soupape de modulation de carburant possédant une taille telle qu'un excès de carburant n'est pas distribué à travers celle-ci. Les figures 2 et 3 illustrent des amplitudes et fréquences typiques d'instabilités pour un moteur à turbine unique fonctionnant dans le même ensemble de conditions sans régulation de stabilité de combustion (figure 2), et avec régulation de stabilité de combustion selon l'invention (figure 3). Comme cela est illustré sur la figure 2, l'amplitude de pression d'instabilité de combustion à une fréquence de 265 Hertz est supérieure à un seuil d'amplitude prédéterminé. En conséquence, le système de stabilité de combustion selon la présente invention est activé pour réduire cette amplitude de pression pour qu'elle soit au seuil prédéterminé, ou inférieure à ce dernier.
Selon un autre aspect de l'invention, les présents systèmes peuvent être configurés avec et adaptés pour une régulation en boucle fermée de stabilité de combustion. Selon cet aspect, un capteur de pression dynamique peut être prévu, incorporé avec la chambre de combustion. En 14 variante ou en outre, d'autres capteurs décrits dans la demande de brevet US 2007/0119147 (Cornwell et al.) peuvent être utilisés. De préférence, de quelconques capteurs prévus sont capables de détecter la fréquence ainsi que l'amplitude de pression de combustion. Lorsque l'amplitude d'instabilité de combustion dépasse un seuil prédéterminé, comme cela est présenté et décrit ci-dessus en association aux figures 1 et 2, la soupape ou les soupapes incorporées dans les présents systèmes sont régulées pour appliquer une pulsation à une fréquence connue pour interrompre une fréquence donnée d'instabilité, ou en variante à la fréquence d'instabilité, mais hors de phase avec celle-ci.
En outre, l'amplitude des pulsations peut être réglée de sorte qu'elles minimisent efficacement des instabilités sans entraîner de condition de combustion instable différente. Selon un quelconque mode de réalisation décrit dans les présentes, l'amplitude de pulsations de carburant peut être réglable, de sorte que l'amplitude des pulsations de carburant créées par les soupapes de modulation de carburant puisse être réduite progressivement, proportionnellement à une réduction de l'instabilité de combustion, ou inversement de manière à fournir des amplitudes de plus en plus importantes de la pulsation de pression de carburant au fur et à mesure que les instabilités de combustion augmentent. Les soupapes décrites dans la demande de brevet US 2007/0151252 (Cornwell et al.) sont capables de fournir de telles amplitudes et fréquences sélectionnables de pression de distribution de carburant. 15 La modulation de carburant, selon l'invention, peut être obtenue par l'intermédiaire de soupapes de modulation de carburant prévues pour des injecteurs de carburant individuels, prévus sur un collecteur alimentant de multiples injecteurs de carburant, ou peut être utilisée pour réguler l'écoulement de carburant à travers un ou de multiples circuits de carburant d'injecteurs de carburant à étages multiples, comme cela va être décrit de façon plus détaillée ci-dessous en association aux figures 6 à 12. Les soupapes destinées à être utilisées avec des systèmes et procédés selon l'invention peuvent être des soupapes de modulation à amplitude unique, posséder des amplitudes de modulation de carburant multiples ou infinies, selon les souhaits ou les nécessités. Certains exemples de soupapes de modulation de carburant qui peuvent être utilisées selon l'invention sont décrits dans la demande de brevet US 2007/0151252 (Cornwell et al.).
Les figures 4 et 5 illustrent deux exemples de plans de modulation par rapport à une modulation standard se produisant à une fréquence de 500 Hertz. Sur la figure 4, le trait plein représente la modulation standard à 500 Hertz, qui varie la pression de carburant de 100 % autour d'une pression de carburant moyenne. Comme cela est représenté, la pression de carburant réside seulement à la pression moyenne instantanément, mais reste à un maximum et un minimum pendant une période prédéterminée - dans ce cas pendant 0,5 milliseconde. Également illustrée est une modulation de largeur d'impulsion unidirectionnelle selon l'invention, où la pression de carburant est maintenue au débit moyen de 16 carburant pendant une période prédéterminée - dans ce cas pendant 1,5 milliseconde, et augmentée jusqu'à une pression maximum et réduite à nouveau jusqu'à la pression de carburant moyenne. Une telle modulation unidirectionnelle peut en variante se produire vers un minimum, où au lieu d'augmenter l'amplitude de pression de carburant instantanée, elle est réduite momentanément. Comme cela est illustré sur la figure 5, la modulation de largeur d'impulsion peut en variante être réalisée selon l'invention de façon bidirectionnelle, alternant entre une augmentation momentanée de pression de carburant jusqu'à un maximum et une réduction de pression de carburant jusqu'à un minimum, restant pendant une période prédéterminée à la pression moyenne û dans ce cas pendant 1,0 milliseconde. Les systèmes et procédés selon l'invention permettent l'un quelconque des plans de modulation de pression de carburant présentés ci-dessus, y compris la modulation standard illustrée. Naturellement, les amplitudes relatives de pression et la durée et la fréquence relatives de la pulsation peuvent être présélectionnés par avance, suivant les caractéristiques du moteur et la fréquence de l'instabilité. En variante ou en outre, un agencement de régulation à rétroaction peut être mis en œuvre pour régler activement la pression de carburant et la fréquence de modulation au cours du procédé de régulation de stabilité de combustion, et modifier la fréquence, l'amplitude et la durée de la pulsation. Dans des systèmes à boucle fermée selon l'invention, un changement de phase entre modulation de carburant par une ou plusieurs soupapes et une instabilité de combustion détectée peuvent être surveillés, un dispositif de régulation étant configuré 17 pour augmenter ou réduire l'amplitude de pression du système de régulation de stabilité. Les systèmes selon l'invention, tels qu'ils sont présentés ci-dessus, peuvent être déclenchés pour répondre en régulant la stabilité de combustion lorsque l'amplitude d'ondes de pression dépasse une valeur de seuil prédéterminée, comme cela est représenté sur la figure 2. Les systèmes peuvent être configurés de sorte que, lorsqu'une fréquence et amplitude d'instabilité particulières sont anticipées dans une régulation en boucle ouverte, ou en variante, détectées par un ou plusieurs capteurs dans une régulation en boucle fermée, une ou plusieurs soupapes de modulation soient déclenchées pour être actionnées pendant une durée prédéterminée. Après cela, la présence d'instabilité de combustion peut être déterminée, et la soupape de modulation de carburant peut être réactivée pendant une autre durée prédéterminée. En variante, les soupapes peuvent être mises en fonctionnement en continu, une détermination de stabilité étant réalisée en continu. La figure 6 illustre un exemple d'agencement de soupape pour systèmes selon l'invention, dans lequel du carburant à partir d'un système de régulation de carburant est distribué à travers une soupape de modulation 612 qui, à son tour, fournit du carburant modulé à une pluralité d'injecteurs de carburant 610 à travers un collecteur de distribution unique 618. La figure 7 représente un autre agencement de soupapes pour systèmes selon l'invention, dans lequel une soupape distributrice d'écoulement 701 est prévue pour diviser le carburant à partir d'une régulation de carburant en deux circuits de carburant différents alimentant le même jeu d'injecteurs de carburant pilotés 710. Un circuit de carburant fournit du carburant directement à un circuit de carburant d'un injecteur de carburant piloté 710 (par exemple, le circuit de carburant principal) par l'intermédiaire d'un collecteur 718. L'autre circuit de carburant comprend une soupape de modulation 612, qui distribue alors du carburant à un autre collecteur de distribution 618, qui alimente un second circuit des injecteurs de carburant 710, tel que le circuit de carburant pilote de ceux-ci. La figure 8 illustre une variante de l'agencement de la figure 7, dans lequel le carburant à travers les circuits de carburant principal et pilote peut être modulé avec des soupapes de modulation respectives 812 et 892. Chaque soupape 812, 892 fournit du carburant à des collecteurs de carburant respectifs 718, 618 qui alimentent des circuits de carburant respectifs du même jeu d'injecteurs de carburant 710, tels que les circuits de carburant principal et pilote de ceux-ci. Les figures 9 et 10 illustrent des agencements de soupapes supplémentaires selon l'invention, où une soupape de séparation 901 est prévue en série avec une ou plusieurs soupapes de modulation. En variante, une soupape de séparation peut être incorporée avec les soupapes de modulation. Comme cela est illustré sur la figure 9, des collecteurs respectifs 618, 718 sont prévus et distribuent du carburant pour séparer des jeux d'injecteurs de carburant 610 par l'intermédiaire de soupapes de modulation séparées 812, 892. Cet agencement permet une régulation séparée de différents jeux d'injecteurs de carburant. En variante, des soupapes de séparation séparées peuvent être prévues pour chacun des deux circuits de carburant, permettant aux injecteurs de carburant 610 associés à ces circuits de carburant d'être éteints indépendamment des autres. Comme cela est illustré sur la figure 10, il est possible d'utiliser seulement une soupape de modulation de carburant 892 pour fournir une capacité de modulation de carburant, et une régulation de stabilité, à un jeu d'injecteurs. Les figures 11 et 12 illustrent un agencement de soupapes pour des systèmes selon l'invention, dans lequel des soupapes de modulation individuelles 1112 sont associées à seulement des injecteurs de carburant sélectionnés ou en variante à tous les injecteurs de carburant 1110. Les soupapes de modulation de carburant 1112 peuvent être incorporées dans le corps de l'injecteur de carburant 1110, ou peuvent être raccordées à celui-ci par un conduit de carburant. Comme cela est illustré sur la figure 11, les soupapes de modulation carburant 1112 peuvent être associées individuellement à chaque injecteur de carburant 1110. Comme cela est représenté sur la figure 12, les soupapes de modulation 1112 peuvent être associées à seulement certains injecteurs de carburant 1110 et non à d'autres injecteurs 610. Il faut entendre, cependant, que des soupapes de séparation peuvent être prévues à un point quelconque dans les systèmes des figures 11 et 12, et que les soupapes de modulation 1112 peuvent être réalisées pour fournir une fonctionnalité de séparation de carburant.
Les procédés et systèmes de la présente invention, tels qu'ils sont décrits ci-dessus et représentés sur les dessins, permettent des systèmes versatiles et robustes de modulation de carburant et de régulation de stabilité pour des moteurs à turbine à gaz. Il sera évident pour l'homme du métier que diverses modifications et variations peuvent être apportées aux dispositifs, systèmes et procédés de la présente invention sans s'éloigner de l'esprit ou de la portée de l'invention.
Claims (16)
1. Procédé de régulation de stabilité de combustion dans un moteur à turbine à gaz, le procédé comprenant les étapes consistant à : a) déterminer des conditions d'environnement et de 5 fonctionnement qui provoquent une instabilité de la combustion dans le moteur à turbine à gaz ; b) programmer un dispositif de régulation avec les conditions d'environnement et de fonctionnement qui provoquent une instabilité de la combustion et avec une 10 fréquence de pulsation de modulation de carburant pour contrer une instabilité dans un ensemble quelconque de conditions d'environnement et de fonctionnement ; et c) fournir au moins un capteur d'environnement possédant une interface avec le dispositif de régulation et au 15 moins une soupape de modulation de carburant possédant une interface avec le dispositif de régulation pour moduler l'écoulement de carburant vers le moteur à turbine à gaz. 20
2. Procédé de régulation de stabilité de combustion dans un moteur à turbine à gaz, le procédé comprenant les étapes consistant à : a) recevoir, par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation de la stabilité, des informations concernant 25 des conditions d'environnement et de fonctionnement ; b) comparer les conditions d'environnement et de fonctionnement à des informations programmées préalablement pour déterminer si une probabilité d'instabilité de la combustion existe ; 22 c) déterminer la fréquence et l'amplitude optimales de modulation de carburant pour les conditions d'environnement pour réduire l'instabilité de la combustion, si une probabilité d'instabilité de la combustion existe ; et d) actionner au moins une soupape de modulation de carburant pour, à la fréquence et à l'amplitude optimales de modulation de carburant, réduire l'instabilité de la combustion, si une probabilité d'instabilité de la combustion existe.
3. Procédé de régulation de stabilité de combustion dans un moteur à turbine à gaz, le procédé comprenant les étapes consistant à : a) recevoir, par l'intermédiaire d'un dispositif de régulation de stabilité, des informations à partir d'au moins un capteur concernant l'amplitude et la fréquence d'onde de pression de combustion ; b) comparer l'amplitude d' onde de pression de combustion à un seuil d'amplitude programmé préalablement pour déterminer si une instabilité excessive de la combustion existe ; c) déterminer la fréquence et l'amplitude optimales de modulation de carburant pour la fréquence d'ondes de pression pour réduire l'amplitude de l'onde de pression de combustion ; et d) actionner au moins une soupape de modulation de carburant pour appliquer des impulsions sur le carburant à une fréquence et une amplitude sélectionnées pour réduire l'amplitude d'onde de pression de combustion. 23
4. Procédé selon la revendication 3, comprenant en outre l'étape consistant à : sélectionner une fréquence de modulation de carburant, à laquelle la soupape de modulation de carburant réalise une impulsion sur le carburant, qui est sensiblement égale à la fréquence d'ondes de pression de combustion qui dépassent le seuil d'amplitude de pression, dans lequel la fréquence d'impulsion de soupape est en déphasage avec la fréquence d'onde de pression de combustion.
5. Procédé selon la revendication 4, comprenant en outre l'étape consistant à : régler une phase relative de pulsation de carburant, par 15 rapport à des ondes de pression d'instabilité, pour minimiser l'amplitude d'ondes de pression d'instabilité de combustion.
6. Système de modulation d'écoulement de carburant dans 20 un moteur à turbine à gaz, le système comprenant : a) au moins un capteur de stabilité de combustion destiné à détecter une instabilité de la combustion dans une chambre de combustion du moteur à turbine à gaz ; b) une unité de régulation configurée et adaptée pour 25 recevoir des données de stabilité de combustion à partir de l'au moins un capteur de stabilité de combustion et pour envoyer un signal de régulation sur la base des données de stabilité de combustion ; c) au moins une soupape de modulation de 30 carburant (612, 812, 892, 1112) configurée et adaptée pour recevoir du carburant à partir d'une alimentation en 24 carburant, et pour recevoir un signal de régulation à partir de l'unité de régulation ; et d) au moins un injecteur de carburant (610, 710, 1110) configuré et adapté pour recevoir du carburant à partir de l'au moins une soupape de modulation de carburant (612, 812, 892, 1112), l'au moins un injecteur de carburant (610, 710, 1110) distribuant du carburant modulé dans une chambre de combustion du moteur à turbine.
7. Système selon la revendication 6, comprenant en outre un collecteur de distribution (618) interposé entre une soupape de modulation de carburant (612) et une pluralité d'injecteurs de carburant (610), le collecteur (618) distribuant du carburant à partir de la soupape de modulation de carburant (612) à la pluralité d'injecteurs de carburant (610).
8. Système selon la revendication 6, comprenant en outre une soupape distributrice d'écoulement (701) interposée entre l'alimentation en carburant et la soupape de modulation (612), la soupape distributrice d'écoulement (701) divisant l'écoulement de carburant dans au moins des premier et second écoulements de carburant, déviés à travers au moins des premier et second circuits de carburant, respectivement.
9. Système selon la revendication 8, dans lequel le premier circuit de carburant est en communication fluidique avec une première soupape de modulation (812), qui à son tour est également en communication fluidique avec un premier collecteur de distribution (618) configuré et adapté pour distribuer du carburant à un 25 premier circuit de carburant de chacun d'une pluralité d'injecteurs de carburant (710).
10. Système selon la revendication 9, dans lequel le second circuit de carburant est en communication fluidique avec un second collecteur de distribution (618) configuré et adapté pour distribuer du carburant à un second circuit de carburant de la pluralité d'injecteurs de carburant (710).
11. Système selon la revendication 10, dans lequel une seconde soupape de modulation (892) est prévue dans le second circuit de carburant, recevant du carburant à partir de la soupape distributrice d'écoulement (701) et distribuant du carburant au second collecteur de distribution (618).
12. Système selon la revendication 6, comprenant en outre une soupape de séparation (901) interposée entre l'alimentation en carburant et les soupapes de modulation de carburant (892, 812), du carburant à partir de la soupape de séparation (901) étant séparé entre des premier et second circuits de carburant, distribuant du carburant à des première et seconde soupapes de modulation (892, 812)respectivement, chacune des première et seconde soupapes de modulation (892, 812) étant en communication fluidique avec et distribuant du carburant respectivement à des premier et second collecteurs de distribution (618, 718), les premier et second collecteurs de distribution (618, 718) distribuant du carburant respectivement à des premier et second jeux d'injecteurs de carburant. 26
13. Système selon la revendication 6, comprenant en outre une soupape de séparation (901) interposée entre l'alimentation en carburant et une soupape de modulation de carburant, du carburant à partir de la soupape de séparation (901) étant séparé entre des premier et second circuits de carburant, le premier circuit de carburant étant en communication fluidique avec une première soupape de modulation (892), qui à son tour est en communication fluidique avec et distribue du carburant à un premier collecteur de distribution (618), le second circuit de carburant étant en communication fluidique avec un second collecteur de distribution, les premier et second collecteurs distribuant du carburant respectivement à des premier et second jeux d'injecteurs de carburant (610).
14. Système selon la revendication 6, comprenant en outre un collecteur de distribution de carburant, distribuant du carburant à une pluralité d'injecteurs de carburant (1110) possédant des soupapes de modulation de carburant solidaires (1112).
15. Système selon la revendication 14, dans lequel tous les injecteurs de carburant sont pourvus de soupapes de 25 modulation de carburant solidaires.
16. Système selon la revendication 14, dans lequel un premier jeu d'injecteurs de carburant (1110) est pourvu de soupapes de modulation de carburant solidaires (1112) 30 et dans lequel un second jeu d'injecteurs de carburant (610) est en communication fluidique directe avec le collecteur de distribution (1118).
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