FR2979004A1 - Systeme de combustible ayant une unite de controle de combustible et echangeur de chaleur - Google Patents

Abstract

Un système de combustible (20) comprend une unité de contrôle de combustible (22) ayant un passage de combustible (24) qui s'étend entre une entrée (26) jusqu'à au moins un étage de pompe (28) et une sortie (30) au niveau d'une soupape de réglage (32) qui est opérationnelle pour contrôler l'alimentation en combustible. Une partie (24a) du passage de combustible (24) s'étend à travers un échangeur de chaleur (34).

Description

SYSTEME DE COMBUSTIBLE AYANT UNE UNITE DE CONTROLE DE COMBUSTIBLE ET ECHANGEUR DE CHALEUR CONTEXTE La présente description concerne les systèmes de combustible, tels qu'un système pour délivrer du combustible à un groupe auxiliaire de puissance utilisé dans un aéronef. Les turbomachines sont connues et utilisées pour transférer l'énergie entre un rotor et un fluide. Une turbomachine exemplaire est un groupe de puissance auxiliaire (APU), qui est typiquement monté dans la section de queue d'un aéronef commercial. Le APU fournit l'énergie électrique et comprime l'air vers l'aéronef. Une unité de contrôle de combustible délivre les quantités de combustible souhaitées au APU.

RESUME On décrit un système de combustible qui comprend une unité de contrôle de combustible qui a un passage de combustible qui s'étend entre une entrée jusqu'à au moins un étage de pompe et une sortie au niveau d'une soupape de réglage qui est opérationnelle pour contrôler l'alimentation en combustible. Une partie du passage de combustible s'étend à travers un échangeur de chaleur.

Il est fourni un système de combustible comprenant une unité de contrôle de combustible telle que décrite ci-dessus et un échangeur de chaleur à travers lequel s'étend une partie du passage de combustible.

Avantageusement, la partie du passage de combustible peut être entre deux étages 25 de pompe de l'unité de contrôle de combustible. Avantageusement, le système de combustible peut comprendre un passage de recirculation de combustible ayant une entrée positionnée en aval des deux étages de pompe par rapport à l'écoulement de combustible dans le passage de combustible et une sortie positionnée en amont de l'échangeur de chaleur. 30 Avantageusement, le système de combustible peut comprendre un passage de recirculation de combustible ayant une entrée positionnée en aval d'un étage de pompe final par rapport à l'écoulement de combustible dans le passage de combustible et une sortie positionnée en amont de l'étage de pompe final et en aval de l'échangeur de chaleur. Avantageusement, le passage de combustible peut comprendre un capteur de température positionné en aval de l'échangeur de chaleur.

Avantageusement, le système de combustible peut comprendre un contrôleur en communication avec le capteur de température et la soupape de réglage, le contrôleur étant opérationnel pour contrôler la soupape de réglage en réponse aux signaux de température provenant du capteur de température.

Avantageusement, le contrôleur peut être opérationnel pour détecter les défaillances latentes de l'échangeur de chaleur ou d'une soupape de dérivation associée à l'échangeur de chaleur en réponse aux signaux de température provenant du capteur de température.

Avantageusement, le système de combustible peut comprendre un passage de dérivation ayant une entrée positionnée en amont de l'échangeur de chaleur par rapport à l'écoulement de combustible dans le passage de combustible et une sortie positionnée en aval de l'échangeur de chaleur, le passage de dérivation comprenant une soupape qui est opérationnelle pour contrôler l'écoulement dans le passage de dérivation.

Avantageusement, la partie peut être positionnée entre l'entrée et un étage de pompe initial de l'unité de contrôle de combustible.

Avantageusement, le passage de combustible peut s'étendre à travers un filtre de 25 combustible.

Avantageusement, le système de combustible peut comprendre un passage de lubrification d'un système de lubrification de turbomachine. Avantageusement, le passage de lubrification peut s'étendre à travers l'échangeur 30 de chaleur pour transférer la chaleur entre le passage de lubrification et le passage de combustible.

Selon un autre aspect, un exemple de système de combustible comprend en outre une turbomachine comprenant un système de lubrification ayant un passage de lubrification. Une partie de passage de combustible et une partie de lubrification s'étend à travers l'échangeur de chaleur pour transférer la chaleur entre les deux. Avantageusement, la turbomachine peut être un groupe de puissance auxiliaire configuré pour un aéronef. Avantageusement, le système de combustible peut comprendre un passage de dérivation tel que décrit précédemment.

Avantageusement, le système de lubrification peut comprendre un refroidisseur d'air-huile positionné en aval de l'échangeur de chaleur par rapport à l'écoulement de l'huile à travers le passage de lubrification.

Avantageusement, le système de combustible peut comprendre un passage de dérivation ayant une entrée positionnée en amont du refroidisseur d'air-huile et une sortie positionnée en aval du refroidisseur d'air-huile. Avantageusement, le passage de dérivation peut comprendre une soupape qui est opérationnelle pour contrôler l'écoulement à travers le passage de dérivation.

Différents caractéristiques et avantages des exemples décrits ressortiront plus clairement pour l'homme du métier d'après la description détaillée suivante. Les dessins qui accompagnent la description détaillée peuvent être brièvement décrits de la manière suivante.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 illustre schématiquement un exemple d'un système de combustible qui comprend une unité de contrôle de combustible et un échangeur de chaleur. La figure 2 illustre schématiquement un autre mode de réalisation d'un système de combustible.

La figure 3 illustre schématiquement un autre mode de réalisation d'un système de combustible. La figure 4 illustre schématiquement un autre mode de réalisation d'un système de combustible.

DESCRIPTION DETAILLEE La figure 1 illustre schématiquement un exemple d'un système de combustible 20. Le système de combustible exemplifié 20 est représenté dans un environnement d'utilisation finale d'un aéronef 36 illustré schématiquement, bien qu'il faut comprendre que le système de combustible 20 n'est pas limité à une telle application. Le système de combustible 20 comprend une unité de contrôle de combustible 22 et un échangeur de chaleur 34. Dans la mise en oeuvre représentée, le système de combustible 20 peut être considéré comme comprenant une turbomachine 38 à laquelle l'unité de contrôle de combustible 22 délivre le combustible. Cependant, l'incorporation de la turbomachine 38 dans le système de combustible 20 est facultative. Comme cela sera décrit de manière plus détaillée ci-dessous, l'échangeur de chaleur 34 augmente la température du combustible s'écoulant dans le système de combustible 20 afin de supprimer les cristaux de glace dans le combustible froid, par exemple.

L'unité de contrôle de combustible 22 comprend un passage de combustible 24 pour transporter le combustible. Le passage de combustible 24 s'étend entre une entrée 26 jusqu'à un étage de pompe 28 de l'unité de contrôle de combustible 22 et une sortie 30. Un étage de pompe est une partie qui augmente la pression du combustible. La sortie 30 est positionnée au niveau de la décharge d'une soupape de réglage 32, telle qu'un solénoïde, qui est opérationnel pour contrôler l'alimentation en combustible à partir de l'unité de contrôle de combustible 22. Une partie 24a du passage de combustible 24 s'étend à travers l'échangeur de chaleur 34. Dans cet exemple, la turbomachine 38 comprend une section de compresseur 38a, une section de combustion 38b et une section de turbine 38c (représentées schématiquement) qui coopèrent pour comprimer l'air, faire brûler l'air sous pression et expanser les produits de combustion. La turbomachine 38 comprend également un boîtier d'engrenages 38d par le biais duquel un générateur 38e est mécaniquement entraîné en réponse à la rotation de la section de compresseur 38a et de la section de turbine 38b. Dans cet exemple, l'unité de contrôle de combustible 22 est entraînée à partir du boîtier d'engrenages 38d. Par exemple, l'étage de pompe 28 est une pompe entraînée par arbre qui est couplée (représentée au numéro de référence 39) pour être entraînée par la turbomachine 38 par le biais du boîtier d'engrenages 38d. Dans d'autres exemples, l'unité de contrôle de combustible 22 n'est pas couplée au boîtier d'engrenages 38d et au lieu de cela est entraînée électriquement ou hydrauliquement. Il faut comprendre qu'il s'agit d'un exemple d'une turbomachine 38 et que la turbomachine 38 n'est pas limitée à l'agencement illustré. Dans l'environnement opérationnel de l'aéronef 36, la turbomachine 38 est utilisée en tant que groupe de puissance auxiliaire (APU) qui est positionné dans une section de queue de l'aéronef 36. L'aéronef 36 comprend un ou plusieurs moteurs pour la propulsion et le APU est par conséquent une source secondaire de puissance qui n'est pas utilisée pour la propulsion. Le APU est enfermé à l'intérieur de la structure de cellule de l'aéronef 36 et reçoit l'air d'une entrée qui est typiquement positionnée sur la partie supérieure de la section de queue. La turbomachine 38 comprend un système de lubrification 40 pour lubrifier et refroidir les composants mobiles. Le système de lubrification 40 comprend un carter d'huile 42 et un passage de lubrification 44 pour faire circuler l'huile ou un autre lubrifiant à travers le système de lubrification 40. Une partie 44a du passage de lubrification 44 s'étend à travers l'échangeur de chaleur 34 pour le transfert thermique avec la partie 24a du passage de combustible 24. Dans les modes de réalisation qui ne comprennent pas la turbomachine 38 ou le système de lubrification 40, l'échangeur de chaleur 34 utilise une autre source d'énergie thermique pour le transfert avec le passage de combustible 24.

Le transfert thermique sert à chauffer le combustible qui s'écoule à travers le passage de combustible 24. L'augmentation de température du combustible peut être utilisée pour supprimer les cristaux de glace dans le combustible froid. S'il reste des cristaux de glace, les cristaux de glace encrassent le système de combustible 20 ou les autres composants du système de combustible de la turbomachine 38 et empêche son bon fonctionnement. La conception de l'échangeur de chaleur 34 n'est pas limitée à un type particulier. Dans certains exemples, l'échangeur de chaleur 34 peut avoir une conception à contre-courant, parallèle ou à écoulement croisé, une conception tube/ailette, une conception plaque/ailette, une conception de microcanaux ou similaire. Etant donné la présente description, l'homme du métier reconnaîtra des conceptions d'échangeur de chaleur appropriées pour satisfaire ses besoins particuliers. La figure 2 représente un autre mode de réalisation du système de combustible 120. Dans la présente description, les mêmes numéros de référence désignent les mêmes éléments où les numéros appropriés et les numéros de référence, auxquels on ajoute une centaine ou leurs multiples désignent les éléments modifiés qui doivent être compris comme comprenant les mêmes caractéristiques et avantages que les éléments correspondants.

Dans cet exemple, le système de combustible 120 comprend une unité de contrôle de combustible 122 ayant un passage de combustible 124 qui s'étend entre l'entrée 26 jusqu'à un étage de pompe à basse pression initial 128a et la sortie 30 au niveau de la soupape de réglage 32. Le passage de combustible 124 s'étend également à travers un étage de pompe à haute pression final 128b. Les étages de pompe 128a, 128b mettent progressivement sous pression le combustible s'écoulant dans le passage de combustible 124. L'unité de contrôle de combustible 122 peut facultativement comprendre des étages de pompe supplémentaires entre l'étage de pompe initial 128a et l'étage de pompe final 128b. Une partie 124a du passage de combustible 124 s'étend à travers un échangeur de chaleur 134. La partie 124a est positionnée entre l'étage de pompe initial 128a et l'étage de pompe final 128b. Dans les autres exemples, la partie 124a peut être positionnée entre deux étages de pompe quelconque dans l'unité de contrôle de combustible 122. Dans cet exemple, le passage de combustible 124 comprend également un passage de dérivation 142. Le passage de dérivation 142 comprend une soupape 142a qui est opérationnelle pour contrôler l'écoulement à travers le passage de dérivation 142. C'est-à-dire que la soupape 142a est sélectivement opérationnelle pour permettre l'écoulement de combustible à travers l'échangeur de chaleur 134 ou à travers le passage de dérivation 142 (évitant l'écoulement à travers l'échangeur de chaleur 134) en fonction de la température du combustible. A cet égard, le système de combustible 120 comprend également un capteur de température 146 positionné en aval de l'échangeur de chaleur 134 pour détecter la température de combustible. La soupape 142a peut être une soupape actionnée électriquement qui, en plus du capteur de température 146, est en communication avec un contrôleur 148. Le contrôleur 148 est opérationnel pour contrôler la soupape 142a en réponse aux signaux de température reçus du capteur de température 146. Ainsi, si la température du combustible est au-dessus d'une température de seuil prédéterminée, le contrôleur 148 commande la soupape 142a pour ouvrir le passage de dérivation 142 de sorte que le combustible contourne l'échangeur de chaleur 134 par le passage de dérivation 142. En variante, si la température du combustible est inférieure à la température de seuil prédéterminée, le contrôleur 148 commande la soupape 142a pour fermer le passage de dérivation 142 de sorte que le combustible s'écoule dans l'échangeur de chaleur 134 et est chauffé par un système de lubrification 140. Dans les modes de réalisation, la soupape 142a est une soupape actionnée thermiquement qui fonctionne automatiquement en fonction de la température de décharge de combustible de l'échangeur de chaleur 34. Ainsi, si la température de combustible de décharge de l'échangeur de chaleur est supérieure à une température de seuil prédéterminée, la soupape 142a ouvre le passage de dérivation 142 de sorte que le combustible contourne l'échangeur de chaleur 134 par le passage de dérivation 142. En variante, si la température du combustible est inférieure à la température de seuil prédéterminée, la soupape 142a ferme le passage de dérivation 142 de sorte que le combustible s'écoule dans l'échangeur de chaleur 134 et est chauffé par un système de lubrification 140. Dans ce mode de réalisation, la soupape de réglage 32 est également en communication avec le contrôleur 148 pour contrôler le réglage du combustible à partir de l'unité de contrôle de combustible 122. Dans un exemple, le contrôleur 148 contrôle l'écoulement de combustible à partir de l'unité de contrôle de combustible 122 par la soupape de réglage 32 en réponse aux signaux de température provenant du capteur de température 146. Ainsi, l'unité de contrôle de combustible 122 peut prendre en compte les variations de température dans le combustible pour délivrer des quantités précises de combustible pendant le démarrage, le fonctionnement à pleine vitesse et dans différentes demandes de charge, et détecter éventuellement le mauvais fonctionnement de l'échangeur de chaleur 134/de la soupape 142a. Le système de combustible 120 comprend facultativement également un filtre de combustible 150 pour retirer les particules ou d'autres substances indésirées du combustible avant que le combustible n'atteigne l'étage de pompe de haute pression 128b. Un passage de dérivation de filtre 152 et un capteur de dérivation 154 sont disponibles pour contourner sélectivement le filtre de combustible 150. Le capteur de dérivation 154 est également en communication avec le contrôleur 148.

Dans l'exemple illustré, le système de lubrification 140 comprend un échangeur de chaleur air-huile 160 positionné en aval de l'échangeur de chaleur 134 en ce qui concerne l'écoulement de l'huile dans le passage de lubrification 144. L'échangeur de chaleur air-huile 160 comprend un passage d'écoulement d'air 162 pour l'échange de chaleur avec le passage de lubrification 144. Dans un mode de réalisation, l'échangeur de chaleur d'air-huile 160 comprend un passage de dérivation 164 et une soupape 164a à l'intérieur du passage de dérivation 164 qui peut fonctionner pour contrôler l'écoulement de l'huile dans le passage de dérivation. Dans un exemple, la soupape 164a est entraînée électriquement et en communication avec le contrôleur 148. Le contrôleur 148 peut fonctionner pour contrôler la soupape 164a en réponse à la température de l'huile, par exemple. En fonction de la température, le contrôleur 148 ouvre et ferme le passage de dérivation 164 pour dériver l'écoulement d'huile autour et à travers l'échangeur de chaleur air-huile 160. Dans un exemple, la soupape 164a est une soupape actionnée thermiquement qui fonctionne automatiquement selon la température de l'huile. En fonction de la température de l'huile, la soupape 164a ouvre ou ferme le passage de dérivation 164 pour dévier l'écoulement d'huile autour ou à travers l'échangeur de chaleur d'air-huile 160. Dans un exemple, l'échangeur de chaleur d'air-huile 160 peut être relativement petit et économiser ainsi du poids, en raison des demandes de refroidissement réduites provenant du transfert de chaleur de l'huile au combustible. Le système de combustible 120 comprend en outre un passage de recirculation de combustible 170 pour ramener le combustible par au moins une partie de l'unité de contrôle de combustible 122. Dans l'exemple illustré, le passage de recirculation 170 comprend une soupape actionnée par pression 170a. Le passage de recirculation 170 s'étend entre une entrée 174 et une sortie 176. Dans cet exemple, l'entrée 174 est positionnée en aval de l'étage de pompe final 128b et en amont de la soupape de réglage 32. La sortie 176 est positionnée entre l'étage de pompe initial 128a et l'étage de pompe final 128b, et en amont de l'échangeur de chaleur 134. Le passage de recirculation 170 sert à ramener l'excédent de combustible dans le passage de combustible 124 de sorte que le combustible s'écoule à nouveau dans l'échangeur de chaleur 134. Dans un mode de réalisation, la capacité à chauffer le combustible en utilisant l'échangeur de chaleur 134 évite l'utilisation de dispositifs de chauffage électriques ou pneumatiques externes et peut également réduire la taille de la pompe lorsque la pompe est surdimensionnée avec des capacités d'écoulement nettement supérieures à l'écoulement de demande où les grands volumes d'écoulement en excès reviennent dans l'entrée de pompe pour chauffer le combustible par un pompage excessif nettement supérieur. La réduction de la taille de la pompe augmente également l'efficacité du système et la surchauffe du combustible qui pourrait sinon se produire à haute altitude. La figure 3 représente un autre mode de réalisation du système de combustible 220 qui est similaire au système de combustible 120 excepté qu'il comprend un passage de recirculation modifié 270. Dans cet exemple, le passage de recirculation 270 comprend une soupape 270a. Le passage de recirculation 270 s'étend entre une entrée 274 et une sortie 276. Dans cet exemple, l'entrée 274 est également positionnée en aval de l'étage de pompe final 128b et en amont de la soupape de réglage 32. La sortie 276 est positionnée entre l'étage de pompe initial 128a et l'étage de pompe final 128b, et en aval de l'échangeur de chaleur 134. Ainsi, le passage de recirculation 270 sert à ramener le combustible par l'étage de pompe final 128b mais pas par l'échangeur de chaleur 134. Dans ce cas, la chaleur provenant de l'étage de pompe final 128b est utilisée pour augmenter la température du combustible plutôt que de l'échangeur de chaleur 134.

La figure 4 représente un autre mode de réalisation du système de combustible 320 qui est similaire au système de combustible 220 excepté que l'échangeur de chaleur 134 est positionné en amont de l'étage de pompe initial 128a au lieu d'être entre les étages de pompe. Bien qu'une combinaison des caractéristiques soit représentée dans les exemples illustrés, elles n'ont pas besoin d'être combinées pour réaliser les mérites des différents modes de réalisation de cette description. En d'autres termes, un système conçu selon un mode de réalisation de la présente description ne comprend pas nécessairement toutes les caractéristiques représentées dans l'une quelconque des figures ou toutes les parties schématiquement représentées sur les figures. De plus, les caractéristiques sélectionnées d'un exemple de mode de réalisation peuvent être combinées avec des caractéristiques sélectionnées des autres exemples de modes de réalisation. La description précédente est un exemple plutôt que limitative en nature. Des variations et des modifications aux exemples décrits peuvent ressortir plus clairement pour l'homme du métier sans pour autant s'éloigner de l'essentiel de la présente description. Le but de la protection légale donnée à la présente description peut uniquement être déterminé en étudiant les revendications suivantes.

Claims (15)

1. REVENDICATIONS1. Système de combustible (20 ; 120 ; 220 ; 320) comprenant : une unité de contrôle de combustible (22 ; 122) comprenant un passage de combustible (24 ; 124) s'étendant entre une entrée (26) jusqu'à au moins un étage de pompe (28 ; 128a, 128b) et une sortie (30) au niveau d'une soupape de réglage (32) qui est opérationnelle pour contrôler l'alimentation en combustible ; et un échangeur de chaleur (34 ; 134) à travers lequel s'étend une partie (24a ; 124a) du passage de combustible (24 ; 124).
2. 2. Système de combustible (120 ; 220 ; 320) selon la revendication 1, dans lequel la partie (124a) du passage de combustible (124) est entre deux étages de pompe (128a, 128b) de l'unité de contrôle de combustible (122).
3. 3. Système de combustible (120) selon la revendication 2, comprenant un passage de recirculation de combustible (170) ayant une entrée (174) positionnée en aval des deux étages de pompe (128a, 128b) par rapport à l'écoulement de combustible dans le passage de combustible (124) et une sortie (176) positionnée en amont de l'échangeur de chaleur (134).
4. 4. Système de combustible (220 ; 320) selon la revendication 1 ou 2, comprenant un passage de recirculation de combustible (270) ayant une entrée (274) positionnée en aval d'un étage de pompe final (128b) par rapport à l'écoulement de combustible dans le passage de combustible (124) et une sortie (276) positionnée en amont de l'étage de pompe final (128b) et en aval de l'échangeur de chaleur (134).
5. 5. Système de combustible (120 ; 220 ; 320) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le passage de combustible (124) comprend un capteur de température (146) positionné en aval de l'échangeur de chaleur (134).
6. 6. Système de combustible (120 ; 220 ; 320) selon la revendication 5, comprenant un contrôleur (148) en communication avec le capteur de température (146) et la soupape de réglage (32), le contrôleur (148) étant opérationnel pour contrôler la soupape de30 réglage (32) en réponse aux signaux de température provenant du capteur de température (146).
7. 7. Système de combustible (120 ; 220 ; 320) selon la revendication 6, dans lequel le contrôleur (148) est opérationnel pour détecter les défaillances latentes de l'échangeur de chaleur (134) ou d'une soupape de dérivation (142a) associée à l'échangeur de chaleur (134) en réponse aux signaux de température provenant du capteur de température (146).
8. 8. Système de combustible (120 ; 220 ; 320) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un passage de dérivation (142) ayant une entrée positionnée en amont de l'échangeur de chaleur (134) par rapport à l'écoulement de combustible dans le passage de combustible (124) et une sortie positionnée en aval de l'échangeur de chaleur (134), le passage de dérivation (142) comprenant une soupape (142a) qui est opérationnelle pour contrôler l'écoulement dans le passage de dérivation (142).
9. 9. Système de combustible (320) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la partie (124a) est positionnée entre l'entrée (26) et un étage de pompe initial (128a) de l'unité de contrôle de combustible (122).
10. 10. Système de combustible (120 ; 220 ; 320) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le passage de combustible (124) s'étend à travers un filtre de combustible (150).
11. 11. Système de combustible (120 ; 220 ; 320) selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un passage de lubrification (44 ; 144) d'un système de lubrification de turbomachine (40 ; 140), le passage de lubrification (44 ; 144) s'étendant à travers l'échangeur de chaleur (34 ; 134) pour transférer la chaleur entre le passage de lubrification (44 ; 144) et le passage de combustible (24 ; 124).
12. 12. Système de combustible (120 ; 220 ; 320) selon la revendication 11, comprenant en outre : 5une turbomachine (38) comprenant un système de lubrification (40 ; 140) ayant le passage de lubrification (44 ; 144) ; dans lequel l'unité de contrôle de combustible (22 ; 122) est opérationnelle pour contrôler l'alimentation en combustible à la turbomachine (38).
13. 13. Système de combustible (20 ; 120 ; 220 ; 320) selon la revendication 12, dans lequel la turbomachine (38) est un groupe de puissance auxiliaire configuré pour un aéronef. 10
14. 14. Système de combustible (120 ; 220 ; 320) selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le système de lubrification (140) comprend un refroidisseur d'air-huile (160) positionné en aval de l'échangeur de chaleur (134) par rapport à l'écoulement de l'huile à travers le passage de lubrification (144). 15
15. 15. Système de combustible (120 ; 220 ; 320) selon la revendication 14, comprenant un passage de dérivation (164) ayant une entrée positionnée en amont du refroidisseur d'air-huile (160) et une sortie positionnée en aval du refroidisseur d'air-huile (160), et le passage de dérivation (164) comprend une soupape (164a) qui est opérationnelle pour contrôler l'écoulement à travers le passage de dérivation (164). 20