FR2944216A1

FR2944216A1 - Procede de detection d'un etat de givrage ou de besoin de maintenance d'un circuit de carburant de turbomachine

Info

Publication number: FR2944216A1
Application number: FR0952421A
Authority: FR
Inventors: Fabrice Bruno Comotto; Giacomoni Marion Maud De; Franck Godel; Cedrik Djelassi
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2009-04-14
Filing date: 2009-04-14
Publication date: 2010-10-15
Anticipated expiration: 2029-04-14
Also published as: EP2419617A1; US20120032809A1; JP2012523545A; CA2758651A1; WO2010119215A1; CN102395773A; BRPI1014217A2; FR2944216B1; RU2011146026A

Abstract

La détection d'un état de givrage d'un circuit de carburant (1) de turbomachine comprend : une étape de relevé d'information représentative d'une une première température T du carburant en aval du doseur de carburant (10) et de comparaison de la première température T avec une première température de référence T ; une étape de détection de colmatage de l'unité de filtrage (6) ; et dans le cas où la température relevée T est inférieure à la première température de référence T et un colmatage est détecté, l'émission d'un signal indiquant un état de givrage du circuit de carburant (1). Une information représentative d'une deuxième température T du carburant dans le réservoir (3) peut être relevée et être comparée à une température de référence T pour confirmer ou infirmer l'état de givrage. Un signal indiquant un besoin de maintenance du circuit de carburant est émis lorsque les températures relevées T et T ne sont pas inférieures aux températures de référence T et T alors qu'un colmatage est détecté.

Description

Arrière-plan de l'invention La présente invention a pour objet un procédé de détection d'un état de givrage ou de besoin de maintenance d'un circuit de carburant de turbomachine. Elle se destine à tout type de turbomachine, terrestre ou aéronautique, et plus particulièrement aux turboréacteurs d'avion. La présence d'eau dans un circuit de carburant d'une turbomachine est inévitable mais son impact est variable en fonction des conditions d'environnement et de fonctionnement. Plus particulièrement pour un avion, la pression et la température rencontrées au cours d'un vol peuvent provoquer le passage de l'eau à l'état solide et entraîner des complications sérieuses au niveau du circuit de carburant. Le doseur du circuit carburant, dont la fonction est d'envoyer à la chambre de combustion un débit de carburant contrôlé, risque de voir sa fonction de régulation de débit perturbée par la présence de particules solides. Par ailleurs, la présence de givre peut entraîner des perturbations dans le système de commande de géométries variables (notamment les aubes à angle de calage variable de la partie stator dans un compresseur ou des vannes de décharge de compresseur) car ce système de commande utilise le carburant en tant que fluide hydraulique pour les servo-valves et actionneurs associés aux géométries variables. Enfin, la présence de givre peut entraîner un colmatage des filtres de carburant. Si cela se produit, un système de sécurité commande certes l'ouverture d'un conduit de dérivation (conduit bypass ) dans lequel circule le carburant sans aucune filtration, mais cela peut évidemment nuire au fonctionnement de la turbomachine, en particulier au niveau des injecteurs de la chambre de combustion.

Ainsi, la présence de givre dans le circuit de carburant peut perturber la régulation de la turbomachine, voire même entraîner une perte de puissance. A l'heure actuelle, il n'existe pas à la connaissance de la déposante de systèmes ou de procédés permettant de détecter, de façon fiable, la présence de givre dans un circuit de carburant de turbomachine, plus particulièrement d'un turboréacteur d'avion et apte alors à avertir le pilote et/ou le système de régulation moteur. Objet et résumé de l'invention La présente invention se propose de combler cette lacune en proposant un procédé de détection utilisant des éléments se trouvant classiquement dans un circuit de carburant de turbomachine, et en ajoutant éventuellement un ou plusieurs capteur(s), pour délivrer, en fonction de grandeurs relevées et de leurs comparaisons avec des valeurs de référence, une information signalant un état de givrage ainsi qu'éventuellement une information signalant un besoin de maintenance du circuit de carburant. La présente invention se rapporte donc à un procédé de détection d'un état de givrage d'un circuit de carburant de turbomachine, ledit circuit comprenant au moins un réservoir, une unité de filtrage pour le filtrage du carburant, une pompe haute pression reliée au réservoir via l'unité de filtrage et un doseur de carburant relié à la sortie de la pompe haute pression pour contrôler le débit de carburant à injecter dans une chambre de combustion, le procédé comprenant : - une étape de relevé d'une information représentative d'une première température Ti du carburant dans le circuit de carburant en aval du doseur et de comparaison de la première température Ti avec une première température de référence Tot; - une étape de détection de colmatage de l'unité de filtrage ; et - dans le cas où la température relevée Ti est inférieure à la première température de référence T01 et un colmatage est détecté, l'émission d'un signal indiquant un état de givrage du circuit de carburant. Par circuit de carburant en aval du dosseur, on entend ici tout emplacement situé entre le doseur et les injecteurs de la chambre de combustion. Ainsi, avec une information fiable quant à l'état de givrage du circuit de carburant fourni par le procédé selon l'invention, le pilote ou le circuit de régulation moteur peut commander une modification du fonctionnement de la turbomachine pour tenir compte de la présence de givre ou éliminer celui-ci. Par exemple, une diminution du régime moteur peut être commandée pour réchauffer l'ensemble du moteur, en particulier l'huile de lubrification, de manière à augmenter consécutivement la température du carburant par l'intermédiaire des échangeurs thermiques huile/carburant utilisés dans le moteur. Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre : - une étape de relevé d'une information représentative d'une deuxième température T2 du carburant dans le réservoir et de comparaison de la deuxième température T2 avec une deuxième température de référence T02 ; et - le signal indiquant un état de givrage du circuit de carburant est émis à la condition supplémentaire que la deuxième température T2 soit inférieure à la deuxième température de référence T02. Selon une particularité du procédé, un signal indiquant un besoin de maintenance de l'unité de filtrage est émis lorsqu'un colmatage est détecté tandis que les températures Tl et T2 ne sont pas inférieures aux températures de référence respectives Toi et T02. On évite ainsi un déclenchement de maintenance intempestif si la détection d'un état de colmatage de l'unité de filtrage est due à la présence de givre. D'autres particularités du procédé de détection sont indiquées ci-après : - les températures de référence sont égales à 0° Celsius (°C) t 5 °C ; - selon une première possibilité, l'unité de filtrage comporte un circuit de dérivation s'ouvrant en cas de colmatage pour autoriser le passage du carburant sans filtration, et l'étape de détection de colmatage est réalisée par la détection de l'état d'ouverture du conduit de dérivation ; - selon une deuxième possibilité, l'étape de détection de colmatage est réalisée par relevé d'une information représentative de la différence de pression API entre la pression d'entrée Pe et la pression de sortie PS du carburant au niveau de l'unité de filtrage et comparaison de la différence de pression API avec une différence de pression de référence APoi ; - dans ce deuxième cas, la différence de pression de référence AP01 peut être choisie entre 0,4 et 3 bars, de préférence entre 1,3 et 1,7 bar.

Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes préférés de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un circuit de carburant ; - la figure 2 est un organigramme illustrant le procédé de l'invention, dans le cas d'une détection d'un état de givrage et dans le cas d'une détection d'un besoin de maintenance.

Description détaillée de modes de réalisation La figure 1 représente un circuit de carburant 1 de turboréacteur d'avion. Le circuit 1 comprend, dans le sens d'écoulement du carburant : une pompe basse pression 4, un premier échangeur de chaleur 5, une unité de filtrage principale 6 et une pompe haute pression 7. La pompe basse pression 4 est reliée en amont au réservoir 3 de carburant de l'avion. En aval de la pompe haute pression 7, le circuit 1 se sépare en deux branches 9a et 9b. La première branche 9a comprend un doseur 10 permettant de réguler le débit de carburant injecté dans la chambre de combustion 11 du turboréacteur, et renvoyant le carburant en excès dans le circuit de carburant, en amont de l'échangeur de chaleur 5, via une boucle de recirculation 12. Ce doseur 10 est généralement une unité hydromécanique (ou HMU pour "Hydro Mechanical Unit"). Entre le doseur 10 et la chambre de combustion 11 se trouvent classiquement un débitmètre 13 destiné à mesurer le débit de carburant amené aux injecteurs de la chambre de combustion 11, un clapet de coupure carburant 14, notamment pour couper l'alimentation en carburant en cas de détection de sur-vitesse, ainsi que des filtres d'injecteurs et des vannes d'injecteurs (non représentés). La deuxième branche 9b comprend un deuxième échangeur de chaleur 15 et un système 16 de commande de géométries variables. Ces géométries variables sont, par exemple, des vannes de décharge d'air ou des aubes à angle de calage variable permettant d'adapter la configuration du compresseur du turboréacteur en fonction du régime de fonctionnement.

Le système 16 de commande de géométries variables comprend un ou plusieurs actionneurs hydrauliques notés Al à AN reliés mécaniquement aux géométries variables à commander, N représentant un nombre entier supérieur ou égal à 1. Dans l'exemple, seuls deux actionneurs Al et A2 ont été représentés. Le système 16 de commande de géométries variables comprend aussi plusieurs servovalves, notées S1 à SN (dans l'exemple S1 et S2), chaque actionneur Al, A2 étant respectivement piloté par une servovalve S1, S2. Le carburant est utilisé comme fluide hydraulique et les ports haute pression sont reliés à la branche 9b tandis que les ports basse pression sont reliés à la boucle de recirculation 12 (point Y). Un circuit de retour 2 de carburant comprend une vanne de retour de carburant 17 permettant de contrôler le débit de carburant qui retourne vers le réservoir 3 de l'avion. Le circuit de retour 2 est branché entre la sortie de la pompe basse pression 4 et le réservoir 3. Dans les premier et deuxième échangeurs de chaleur 5 et 14 circulent, d'une part, du carburant et, d'autre part, de l'huile de lubrification de différents organes du turboréacteur, le carburant refroidissant l'huile.

Comme cela a été exposé précédemment, le procédé selon l'invention peut utiliser des éléments présents classiquement dans un circuit de carburant 1 de turbomachine, plus particulièrement d'un turboréacteur d'avion, ou des éléments ajoutés. Un capteur de température 20, non présent à l'origine dans un circuit de carburant de turboréacteur classique est disposé sur le circuit de carburant en aval du doseur 10, par exemple immédiatement en sortie du doseur 10, étant entendu que tout autre emplacement du capteur de température 20, entre le doseur 10 et les injecteurs de la chambre de combustion, pourrait être choisi.

Ce capteur de température 20 fournit une information représentative de la température T1 du carburant à son niveau. Un circuit de traitement 30 reçoit l'information fournie par le capteur 20 et est agencé pour comparer la température T1 à une température de référence T01, pour détecter une probabilité de présence de givre dans le carburant contenu dans le circuit lorsque T1 < T01. La température de référence Tot peut être choisie égale à 0°C (Celsius) environ, mais on pourra prévoir une température de référence Toi légèrement différente, par exemple d'environ 0°C +/- 5°C. Par ailleurs, l'unité principale de filtrage 6 comporte des moyens aptes à détecter un colmatage de ladite unité 6. Le colmatage peut résulter d'une présence relativement importante de givre dans le carburant ou d'une accumulation relativement importante d'autres impuretés véhiculées par le carburant. Dans la suite, on comprendra comment l'invention permet de distinguer un état de colmatage par la présence de givre dans le circuit de carburant d'un état où une opération de maintenance de l'unité de filtrage 6 est nécessaire en raison de la présence d'autres impuretés. Le colmatage de l'unité de filtrage 6 peut être détecté ici de deux manières. Selon une première possibilité, un conduit de dérivation (ou by-pass ), non représenté sur les figures annexées, s'ouvre classiquement pour laisser circuler librement le carburant sans passer par le ou les filtre(s) de l'unité de filtrage 6 lorsque cette dernière est au moins partiellement bouchée, c'est-à-dire que la différence de pression entre l'entrée et la sortie de l'unité de filtrage 6 augmente au-delà d'un seuil de déclenchement autorisant, par des moyens hydro-mécaniques classiques, l'ouverture du conduit de dérivation. Le circuit de traitement 30 reçoit une information indiquant que le circuit de dérivation est ouvert ou fermé par exemple par détection de la position d'un organe de fermeture de ce circuit. Lorsque le circuit de traitement 30 reçoit l'information d'état d'ouverture du conduit de dérivation, un colmatage de l'unité de filtrage 6 est détecté. Selon une deuxième possibilité, l'unité principale de filtrage 6 est associée à un détecteur de colmatage typiquement sous la forme d'un capteur 22 de différence de pression API entre l'entrée (pression Pe) et la sortie (pression PS) de l'unité de filtrage 6. Le circuit de traitement 30 reçoit du capteur 22 une information représentative de API et est agencé pour comparer API à une valeur de référence APoi, de manière à détecter un colmatage lorsque API > AP01. La valeur de référence AP01 est par exemple choisie entre 0,4 et 3 bars, de préférence entre 1,3 et 1,7 bar. De façon optionnelle mais avantageuse, une information représentative d'une deuxième température T2 du carburant est utilisée pour confirmer/infirmer un diagnostic d'état de givrage du circuit de carburant effectué sur la base de la première température Ti et de la détection de colmatage au niveau de l'unité de filtrage 6. Cette deuxième température T2 est prise avantageusement au niveau du réservoir 3. On peut utiliser un capteur de température 21 dont le réservoir 3 est classiquement équipé. Ce capteur de température 21 fournit une information représentative de la température T2 du carburant dans le réservoir 3. La température T2 est comparée dans le circuit de traitement 30 à une température de référence T02. L'émission du signal indiquant un état de givrage du circuit de carburant 1 n'est effective que si, outre les conditions quant à Ti et à l'état de colmatage de l'unité de filtrage 6, la température T2 est inférieure à la température de référence T02. La température de référence T02 pourra être fixée de la même manière que la température de référence T01. On peut ainsi éviter une détection de givrage intempestive si le colmatage de l'unité de filtrage est dû à des impuretés autres que du givre et si le relevé de la température Ti est défectueux. Comme l'indique la figure 2, lorsque le circuit de traitement 30 détecte le cumul des conditions Ti < T01, T2 < T02 et colmatage de l'unité de filtrage un signal indicatif d'un état de givrage du circuit de carburant est émis, les deux premières conditions traduisant l'existence de conditions de givrage et la troisième une probabilité de présence significative et perturbante de givre. La figure 2 illustre le cas où le procédé de détection utilise au moins deux relevés de température, Ti et T2, mais il est bien entendu que l'état de givrage peut être détecté sur la base du relevé de la seule température Ti et de la détection de colmatage de l'unité de filtrage 6. Le procédé de l'invention permet également de diagnostiquer de façon plus fiable un besoin de maintenance de l'unité de filtrage 6 du circuit de carburant. Ainsi, comme illustré sur la figure 2, si un état de colmatage de l'unité de filtrage 6 est détecté alors que les informations fournies par les capteurs 20, 21 des températures Ti et T2 ne traduisent pas un état de givrage (températures Ti et T2 respectivement non inférieures aux températures de référence T01 et T02), il est vraisemblable qu'une accumulation de particules solides autres que du givre est présente au niveau du ou des filtres de l'unité de filtrage 6 de sorte qu'une opération de maintenance est nécessaire. Le relevé des deux températures Tl et T2, par rapport au relevé de la seule température TI, permet de mieux fiabiliser la détection d'un état de givrage et évite une émission intempestive d'un signal de besoin de maintenance. L'application de mesures correctives particulières en réponse à la détection d'un état de givrage du circuit de carburant ne rentre pas dans le cadre de l'invention. On pourra par exemple commander un ralentissement du régime moteur, ce qui a pour conséquences d'augmenter la température du moteur et la température du carburant du fait des échanges thermiques entre l'huile de lubrification du turboréacteur et le carburant au niveau des échangeurs thermiques 5, 14. Il est possible aussi de modifier les seuils maximum et minimum de richesse de carburant injecté (ou butées d'accélération et de décélération) pour sécuriser le fonctionnement du turboréacteur.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de détection d'un état de givrage d'un circuit de carburant (1) de turbomachine, ledit circuit comprenant au moins un réservoir (3), une unité de filtrage (6) pour le filtrage du carburant, une pompe haute pression (7) reliée au réservoir (3) via l'unité de filtrage (6) et un doseur de carburant reliée à la sortie de la pompe haute pression (7) pour contrôler le débit de carburant à injecter dans une chambre de combustion, caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape de relevé d'une information représentative d'une première température Ti du carburant dans le circuit de carburant (1) en aval du doseur (10), et de comparaison de la première température Ti avec une première température de référence Tot; - une étape de détection de colmatage de l'unité de filtrage (6) ; et - dans le cas où la température relevée Ti est inférieure à la première température de référence T01 et un colmatage est détecté, l'émission d'un signal indiquant un état de givrage du circuit de carburant (1).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : - une étape de relevé d'une information représentative d'une deuxième température T2, du carburant dans le réservoir (3), et de comparaison de la deuxième température T2 avec une deuxième température de référence T02 ; et - le signal indiquant un état de givrage du circuit de carburant (1) est émis à la condition supplémentaire que la deuxième température T2 soit inférieure à la deuxième température de référence T02.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un signal indiquant un besoin de maintenance de l'unité de filtrage est émis (6) lorsqu'un colmatage est détecté tandis que les températures Ti et T2 ne sont pas inférieures aux températures de référence respectives T01 et T02.
4. Procédé de détection selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les températures de référence sont égales à 0° Celsius (°C) 5 °C.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'unité de filtrage comporte un circuit de dérivation s'ouvrant en cas de colmatage pour autoriser le passage du carburant sans filtration, et l'étape de détection de colmatage est réalisée par la détection de l'état d'ouverture du conduit de dérivation.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'étape de détection de colmatage est réalisée par relevé d'une information représentative de la différence API entre la pression d'entrée Pe et la pression de sortie PS du carburant au niveau de l'unité de filtrage (6) et comparaison de la différence de pression API avec une différence de pression de référence zPoi.
7. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la différence de pression de référence APoi est choisie entre 0,4 et 3 bars, de préférence entre 1,3 et 1,7 bar.