FR2971548A1 - Systeme d'alimentation en carburant a moyens de pompage multiples - Google Patents

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Abstract

L'invention propose un système d'alimentation (10) en carburant d'une turbomachine d'aéronef, qui comporte un circuit basse pression (14) dans lequel est agencée une pompe basse pression (12), et un circuit haute pression (44) d'alimentation d'un dispositif d'injection (20) de la turbomachine et d'actionneurs (22) de composants de la turbomachine, caractérisé en ce que le circuit haute pression (44) comporte plusieurs pompes haute pression (30, 32) dont au moins une première desdites pompes (30) alimente le dispositif d'injection (20) et dont au moins une deuxième desdites pompes (32) alimente les actionneurs (22).

Description

SYSTEME D'ALIMENTATION EN CARBURANT A MOYENS DE POMPAGE MULTIPLES.
DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention propose un système d'alimentation en carburant d'une turbomachine d'aéronef comportant des moyens de pompage de carburant à haute pression qui sont adaptés aux débits et pressions requis par les composants de la turbomachine à alimenter. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Dans une turbomachine actuelle, le carburant est utilisé dans le dispositif d'injection de la turbomachine, pour alimenter la chambre de combustion, le carburant est aussi utilisé pour entraîner des composants de la turbomachine tells que des actionneurs d'aubes à géométrie variable de la turbomachine. Un système d'alimentation en carburant conventionnel comporte une pompe basse pression alimentant un circuit basse pression, et une pompe haute pression. Un premier tronçon aval du circuit haute pression alimente le dispositif d'injection de la turbomachine, un deuxième tronçon aval du circuit haute pression alimente des actionneurs et des vérins de la turbomachine tels que des actionneurs d'aubes à géométrie variable. 2 La pompe basse pression est dimensionnée pour que la pompe haute pression soit "gavée" en carburant, c'est-à-dire de manière que la pompe haute pression reçoive toujours une quantité de carburant suffisante, quelles que soient les conditions de régime et de charge de la turbomachine. La pompe haute pression est dimensionnée pour pouvoir alimenter les organes de la turbomachine à un débit et une pression de carburant recommandés pour chaque point de fonctionnement de la turbomachine. Le carburant qui est pompé par la pompe haute pression est réparti entre l'injection, les actionneurs et vérins de la turbomachine, et un circuit de recirculation dans lequel le carburant non utilisé par l'injection est les actionneurs retourne vers l'amont de la pompe haute pression. La répartition du carburant entre ces différents points de la turbomachine varie en fonction du fonctionnement de la turbomachine, c'est-à-dire en fonction du point de vol. Lors d'une phase de redémarrage en vol de la turbomachine, qui est mise en oeuvre après que la turbomachine a été arrêtée, la turbomachine est en autorotation, c'est-à-dire que la rotation de la turbomachine est uniquement la conséquence de l'écoulement relatif de l'air dans les aubes de compresseur et de turbine, en raison du déplacement de l'aéronef. Cette vitesse de rotation de la turbomachine à ce point de redémarrage en vol est relativement faible par rapport à la vitesse de 3 rotation aux autres points de fonctionnement de la turbomachine. Du fait de sa structure, la pompe haute pression fournit un débit et une pression qui varient avec la vitesse de rotation de la turbomachine. Ainsi, au point de redémarrage en vol, la pompe haute pression fournit un débit et une pression réduits par rapport aux autres points de fonctionnement de la turbomachine.
Les caractéristiques de la pompe haute pression sont déterminées en fonction de ce point de redémarrage en vol, de manière que la pompe puisse fournir au dispositif d'injection un débit et une pression suffisants pour permettre le redémarrage de la turbomachine. C'est-à-dire que la pompe haute pression est dimensionnée de manière telle que la proportion du carburant qu'elle pompe, et qui alimente le dispositif d'injection est suffisant au redémarrage en vol.
L'autre partie du carburant pompé par la pompe haute pression, qui alimente les actionneurs de la turbomachine, est alors définie selon ce point de redémarrage en vol, selon la répartition définie précédemment.
Par conséquent, pour les autres points de fonctionnement de la turbomachine, la pompe haute pression pompe une quantité de carburant qui est supérieure à la quantité de carburant nécessaire pour le dispositif d'injection et pour les actionneurs. La pompe haute pression est donc surdimensionnée et elle consomme une énergie excessive par rapport à l'énergie 4 réellement utilisée. Cela a pour conséquences un échauffement du système et une augmentation de la consommation de la turbomachine. Pour réduire l'énergie consommée par la pompe haute pression, il a été proposé d'utiliser une pompe à cylindrée variable ou une pompe à double étages. La pompe à cylindrée variable permet de varier le débit en sortie de la pompe haute pression.
Cependant, une telle pompe est complexe à mettre au point. Aussi, une telle pompe subit de nombreuses perturbations provoquées par les actionneurs lors de leur fonctionnement. Une pompe à double étages est conçue de manière que l'un et/ou l'autre des deux étages de la pompe communique avec la sortie de la pompe pour adapter le débit en sortie de pompe haute pression. Cependant, lors de la commutation de la pompe, il se produit des augmentations brusques de la pression et des perturbations en sortie de la pompe. Une telle pompe est aussi difficile à mettre au point, et rend aussi le système de carburant complexe. L'invention a pour but de proposer un système d'alimentation en carburant pour lequel le dimensionnement des moyens de pressurisation du carburant est optimisé pour le dispositif d'injection et pour le circuit d'alimentation des actionneurs.30 EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention propose un système d'alimentation en carburant d'une turbomachine d'aéronef, qui comporte un circuit basse pression dans lequel est agencée une pompe basse pression, et un circuit haute pression d'alimentation d'un dispositif d'injection de la turbomachine et d'actionneurs de composants de la turbomachine, caractérisé en ce que le circuit haute pression comporte plusieurs pompes haute pression dont au moins une première desdites pompes alimente le dispositif d'injection et dont au moins une deuxième desdites pompes alimente les actionneurs. L'utilisation d'une pompe associée à chaque circuit de carburant permet d'adapter les dimensions de chaque pompe aux exigences de débit et de pression du circuit alimenté, réduisant par conséquent la puissance consommée par l'ensemble de pompes haute pression. De préférence, le circuit haute pression comporte au moins un premier tronçon associé au dispositif d'alimentation, dans lequel une première pompe haute pression est agencée, et au moins un deuxième tronçon dans lequel une deuxième pompe haute 25 pression est agencée, qui alimente les actionneurs. De préférence, chacune desdites pompes haute pression consiste en un étage d'une pompe haute pression à plusieurs étages dont chaque étage de la dite pompe à plusieurs étages est associé à chacun 30 desdits tronçons. 5 20 6 De préférence, le deuxième tronçon comporte une soupape de régulation de la pression du carburant alimentant les actionneurs. De préférence, la soupape de régulation est réalisée de manière à réguler la pression de carburant dans le deuxième tronçon à une valeur fixe prédéterminée. De préférence, la soupape est réalisée de manière à réguler la pression de carburant dans le deuxième tronçon à une valeur variant en fonction des conditions de fonctionnement de la turbomachine. De préférence, le circuit haute pression comporte plusieurs deuxièmes tronçons dont chacun comporte une pompe haute pression et une soupape de régulation de la pression associées. De préférence, le circuit haute pression comporte un circuit de dérivation apte à raccorder de manière sélective le deuxième tronçon au premier tronçon.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels la figure unique est une représentation schématique d'un système d'alimentation en carburant pour une turbomachine d'aéronef selon l'invention.30 7 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On a représenté sur la figure unique un système d'alimentation 10 en carburant d'une turbomachine d'aéronef. Le système d'alimentation 10 comporte un circuit basse pression 14 qui comporte successivement une pompe basse pression 12, un échangeur de chaleur 16 et un filtre 18, et un circuit haute pression 44 en aval du circuit basse pression 14. Le circuit haute pression 44 alimente un dispositif d'injection 20 de la turbomachine, par lequel le carburant est injecté dans la chambre de combustion de la turbomachine, et une pluralité d'actionneurs ou de vérins 22 qui entraînent par 15 exemple des ailettes à géométrie variable et d'autres composants de la turbomachine (non représentées). Par la suite on utilisera le terme "actionneurs" pour désigner l'ensemble des composants de la turbomachine alimentés par le circuit à haute pression, autres que 20 le dispositif d'injection 20. Le circuit haute pression 44 comporte à cet effet un premier tronçon aval 24 d'alimentation du dispositif d'injection 20 et un deuxième tronçon aval 26 d'alimentation des actionneurs 22 agencés en 25 parallèle l'un par rapport à l'autre. Chacun des tronçons aval 24, 26 est alimenté par le carburant provenant du circuit basse pression 14, c'est-à-dire par la pompe basse pression 12. 30 Un embranchement 28 en Y permet de distribuer le carburant vers les tronçons aval 24, 26 10 8 Selon l'invention, chacun des tronçons aval 24, 26 comporte une pompe haute pression 30, 32 associée, qui est dimensionnée en fonction de la pression et du débit à délivrer à l'organe associé.
Une première pompe haute pression 30 alimente le premier tronçon aval 24 d'alimentation du dispositif d'injection de carburant 20. Cette première pompe haute pression 30 est dimensionnée de manière à fournir une quantité de carburant suffisante lors d'une phase redémarrage en vol de la turbomachine, pour laquelle la vitesse de rotation de la turbomachine est réduite. La première pompe haute pression 30 est par conséquent dimensionnée de manière à fournir une quantité de carburant élevée lorsque la turbomachine tourne à des vitesses normales, notamment une vitesse de ralenti au sol, une vitesse de décollage ou une vitesse de croisière. A ces vitesses, la quantité de carburant alimentant le dispositif d'injection 20 est supérieure à ce qui est réellement nécessaire au dispositif d'injection 20. Le système d'alimentation 10 comporte à cet effet une unité de dosage de carburant 34, communément appelée "Fuel Metering Unit" (FMU) en anglais qui délivre le carburant au débit et à la pression requis pour le dispositif d'injection 20. Un premier circuit de retour 36 permet à l'excédent de carburant pompé par la première pompe haute pression 30 de revenir dans le circuit basse pression 14. 9 Une deuxième pompe haute pression 32 alimente les actionneurs 22 de la turbomachine. Cette deuxième pompe 32 est dimensionnée en fonction des actionneurs à alimenter en carburant à haute pression lors du fonctionnement de la turbomachine, c'est-à-dire sensiblement tous les points de fonctionnement de la turbomachine, excepté le redémarrage en vol. Par conséquent, la deuxième pompe 32 est dimensionnée de manière que le débit et la pression minimums que la deuxième pompe 32 fournit correspondent à une vitesse de rotation de la turbomachine qui est supérieure à la vitesse de rotation de la turbomachine lors d'une phase de redémarrage en vol.
Les actionneurs alimentés par la deuxième pompe haute pression 32 ont besoin d'être alimentés par du carburant selon des débits différents et à des instants différents. A cet effet, le système d'alimentation comporte un boîtier 38 de distribution qui répartit le carburant en sortie de la deuxième pompe 32 vers chaque actionneur 22. La pression en sortie de la deuxième pompe varie en fonction de la vitesse de rotation de la turbomachine. Ainsi, elle est généralement supérieure à la pression requise pour le fonctionnement des actionneurs 22. A cet effet, le système d'alimentation comporte une soupape 40 de régulation de la pression de 30 carburant alimentant le deuxième tronçon aval 26. 10 Selon un premier aspect, la soupape de régulation 40 est définie de manière que la pression régulée est constante quelle que soient les conditions de fonctionnement de la turbomachine.
Selon un deuxième aspect, la soupape de régulation est définie de manière que la pression régulée varie selon les conditions de fonctionnement de la turbomachine. Ainsi, la pression de carburant alimentant les actionneurs est toujours optimisée.
Un deuxième circuit de retour 42 permet au carburant pompé en excédent par la deuxième pompe haute pression 32, qui provient du boîtier de distribution 38 et de la soupape de régulation 40, de revenir dans le circuit basse pression 14.
Selon un mode de réalisation préféré, la première pompe 30 et la deuxième pompe 32 sont deux parties, ou étages d'une même pompe. La pompe à deux étages comporte alors deux sorties, chacune associée à un étage de la pompe et à un tronçon aval 24, 26 du circuit haute pression 44. Selon une variante de réalisation (non représentée) de l'invention, le deuxième tronçon aval 26 comporte plusieurs conduits parallèles alimentant des actionneurs 20 différents et à des pressions et débits différents. Chacun de ces conduits haute pression comporte une deuxième pompe haute pression 32 et une soupape de régulation associées. Les deuxièmes pompes haute pression et les soupapes 40 associées à ces conduits parallèles sont dimensionnées en fonction des actionneurs 22 qu'elles 11 alimentent, de manière à consommer le moins d'énergie possible. Par conséquent, le système d'alimentation 10 comporte plus de deux pompes haute pression 30, 32, correspondant à la première pompe haute pression 30 du premier tronçon amont associé au dispositif d'injection 20, et plusieurs deuxièmes pompes haute pression 32 associées aux actionneurs 22. Ces différentes pompes 30, 32 peuvent, selon l'invention et comme décrit précédemment, constituer des étages différents d'une pompe à plusieurs étages, chaque étage correspondant au premier tronçon aval 24 ou à l'un des circuits du deuxième tronçon aval 26.
Selon une autre variante de réalisation de l'invention (non représentée), le système d'alimentation 10 comporte un conduit de dérivation qui permet de raccorder le deuxième tronçon aval 26 au premier tronçon aval 24, Le conduit de dérivation comporte une vanne associée pour mettre en communication, ou non le deuxième tronçon aval 26 avec le premier tronçon aval 24 Un tel conduit de dérivation permet d'augmenter le débit ou pression de carburant alimentant le dispositif d'injection 20 lorsque le débit et/ou la pression émis par la première pompe haute pression 30 est insuffisant. C'est notamment le cas lorsque la turbomachine est en autorotation et qu'une phase de redémarrage en vol est mise en oeuvre.
12 Cela permet de réduire encore les dimensions de la première pompe 30 et par conséquent, cela permet de limiter la puissance prélevée par les pompes du système d'alimentation 10.5

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Système d'alimentation (10) en carburant d'une turbomachine d'aéronef, qui comporte un circuit basse pression (14) dans lequel est agencée une pompe basse pression (12), et un circuit haute pression (44) d'alimentation d'un dispositif d'injection (20) de la turbomachine et d'actionneurs (22) de composants de la turbomachine, caractérisé en ce que le circuit haute pression (44) comporte plusieurs pompes haute pression (30, 32) dont au moins une première desdites pompes (30) alimente le dispositif d'injection (20) et dont au moins une deuxième desdites pompes (32) alimente les actionneurs (22).
  2. 2. Système d'alimentation (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le circuit haute pression (44) comporte au moins un premier tronçon (24) associé au dispositif d'alimentation, dans lequel une première pompe haute pression (30) est agencée, et au moins un deuxième tronçon (26) dans lequel une deuxième pompe haute pression (32) est agencée, qui alimente les actionneurs (22).
  3. 3. Système d'alimentation (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune desdites pompes haute pression (30, 14 32) consiste en un étage d'une pompe haute pression à plusieurs étages dont chaque étage de la dite pompe à plusieurs étages est associé à chacun desdits tronçons (24, 26).
  4. 4. Système d'alimentation (10) selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le deuxième tronçon (26) comporte une soupape de régulation (40) de la pression du carburant alimentant les actionneurs (22).
  5. 5. Système d'alimentation (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la soupape de régulation (40) est réalisée de manière à réguler la pression de carburant dans le deuxième tronçon (26) à une valeur fixe prédéterminée.
  6. 6. Système d'alimentation (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que la soupape (40) est réalisée de manière à réguler la pression de carburant dans le deuxième tronçon (26) à une valeur variant en fonction des conditions de fonctionnement de la turbomachine.
  7. 7. Système d'alimentation (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le circuit haute pression (44) comporte plusieurs deuxièmes tronçons (26) dont chacun comporte une pompe haute pression (32) et une soupape de régulation (40) de la pression associées. 15
  8. 8. Système d'alimentation (10) selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le circuit haute pression (44) comporte un circuit de dérivation apte à raccorder de manière sélective le deuxième tronçon (26) au premier tronçon (24).
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