FR3078769A1 - Etage de démarrage d'un élément de pompage régénératif autolimitant pour pompe à carburant de moteur centrifuge à grande vitesse et procédé associé - Google Patents

Abstract

Un système de carburant de moteur ou de pompe inclut une pompe centrifuge ayant un impulseur pour transmettre de l'énergie à un fluide associé pour un système de carburant de moteur en aval associé. Un étage de démarrage régénératif est en communication fluidique sélective avec la pompe. Un éjecteur inclut une entrée qui communique avec la sortie de pompe et une sortie qui communique avec l'entrée de pompe. En outre, une soupape de régulation est interposée entre la sortie de pompe et l'étage de démarrage régénératif qui régule de manière sélective le débit associé depuis l'étage de démarrage régénératif. Le procédé associé inclut la transmission du débit depuis la pompe centrifuge vers un étage de démarrage régénératif afin d'alimenter un circuit de débit en aval associé. Pendant le démarrage à faible vitesse, une partie du débit de l'étage de démarrage régénératif est fournie à un éjecteur qui la fait recirculer vers une entrée de la pompe centrifuge. Une fois que la pompe centrifuge fournit un niveau prédéterminé d'au moins l'une des exigences de débit et de pression du circuit de débit associé, le procédé inclut l'arrêt du débit depuis l'étage de démarrage régénératif. Figure à publier avec l’abrégé : Fig. 1

Description

Description

Titre de l'invention : Etage de démarrage d'un élément de pompage régénératif autolimitant pour pompe à carburant de moteur centrifuge à grande vitesse et procédé associé

Contexte [0001] La présente invention concerne un système de pompe de fluide, et en particulier un système de pompage nécessitant différentes exigences à l'allumage. Plus particulièrement, la présente invention concerne un système de carburant de moteur d'aéronef qui utilise une pompe centrifuge à grande vitesse, et un qui répond au besoin d'effectuer un démarrage du moteur, c'est-à-dire, de fournir un débit et une pression appropriés à une faible vitesse d'entraînement.

[0002] Les pompes centrifuges à grande vitesse présentent des avantages distincts pour minimiser le poids et le coût de fabrication de la pompe à carburant d'un moteur d'aéronef. Pour ces raisons, les concepteurs de systèmes de carburant ont cherché à incorporer la pompe centrifuge à grande vitesse dans les systèmes de carburant des moteurs d'aéronef. Ces tentatives se sont avérées le plus souvent inadéquates en raison de l'incapacité de la pompe centrifuge à grande vitesse à réaliser le démarrage du moteur. En effet, le démarrage du moteur nécessite un débit suffisant et une pression suffisante à une faible vitesse d'entraînement. L'assistance d'un deuxième moteur ou d'une pompe de démarrage est généralement utilisée pour réaliser le démarrage du moteur. Dans la plupart des cas, la deuxième pompe augmente à la fois le poids et le coût du système, remettant de ce fait en cause les raisons qui incitent à utiliser la pompe centrifuge à grande vitesse. D'autres problèmes découlent de la nécessité de dégager la pompe de démarrage afin de ne pas créer une quantité excessive d'énergie de pompage qui doit être absorbée comme de la chaleur dans le système de carburant.

[0003] Les systèmes précédemment proposés présentent des modes indésirables qui permettent à l'étage régénératif de rester engagé dans le pompage de fluide vers le système de carburant. Dans ce cas, les systèmes antérieurs qui incorporent des étages régénératifs pourraient produire de manière non souhaitable des pressions de système largement supérieures aux besoins du système, et il serait donc souhaitable de disposer d'un agencement qui limite automatiquement la production de pression et protège de ce fait le système de carburant d'une potentielle surpressurisation.

[0004] Il existe un besoin pour un agencement amélioré qui répond à au moins un ou plusieurs des problèmes décrits ci-dessus. En effet, il serait souhaitable de fournir une fonction de pompage secondaire à des fins d'allumage qui ne remettrait pas en cause les avantages en termes de poids et de coût de la pompe centrifuge à grande vitesse, tout en conservant de manière profitable les avantages et les effets bénéfiques de l'utilisation de la pompe centrifuge à grande vitesse dans un système de carburant de moteur, et qui protège un système de carburant d'une potentielle surpressurisation. Résumé [0005] Un système de carburant est fourni, répondant au besoin d'une fonction de pompage secondaire à des fins d'allumage, et ne remettant pas en cause les avantages en termes de poids et de coût d'une pompe centrifuge à grande vitesse.

[0006] Le système de carburant de moteur utilise un élément de pompe de type régénératif, une pompe à éjecteur et une série de soupapes pour commander le processus de démarrage conjointement avec la pompe centrifuge à grande vitesse.

[0007] Le système de pompe ou de carburant de moteur inclut une pompe ayant une entrée et une sortie qui communiquent avec un élément de pompage cinétique rotatif pour transmettre de l'énergie à un fluide associé pour un circuit de débit en aval associé. Un étage de démarrage régénératif est en communication fluidique sélective avec la pompe. Un éjecteur inclut une entrée qui communique avec la sortie de pompe et une sortie qui communique avec l'entrée de pompe. En outre, une soupape de régulation est interposée entre la sortie de pompe et l'étage de démarrage régénératif qui commande de manière sélective le débit associé depuis l'étage de démarrage régénératif.

[0008] La soupape de régulation communique avec la sortie de pompe et dirige de manière sélective le fluide depuis celle-ci vers une entrée de l'étage de démarrage régénératif.

[0009] La soupape de régulation répond à des signaux de pression provenant de la sortie de pompe et de l'amont de l'entrée de pompe.

[0010] La soupape de régulation est configurée pour surveiller le débit de la sortie de pompe et alimenter le débit de l'entrée vers l'étage de démarrage régénératif jusqu'à ce que la pompe fournisse des exigences de débit et/ou de pression prédéterminées du circuit de débit associé.

[0011] La pompe et l'étage de démarrage régénératif peuvent être entraînés de manière commune par un premier arbre.

[0012] L'éjecteur reçoit le débit depuis la sortie de pompe.

[0013] L'éjecteur communique avec l'étage de démarrage régénératif pour récupérer le fluide de celui-ci une fois que la pompe fournit les exigences de débit et/ou de pression prédéterminées pour le circuit de débit associé.

[0014] L'éjecteur fait recirculer le débit depuis la sortie de pompe vers l'entrée de pompe.

[0015] L'étage de démarrage régénératif est en communication fluidique avec à la fois l'éjecteur et le circuit de débit en aval associé de sorte que pendant l'allumage, l'étage de démarrage régénératif transmette le débit à la fois à l'éjecteur et au système de carburant de moteur en aval associé.

[0016] L'éjecteur reçoit le débit de l'étage de démarrage régénératif pendant l'allumage et est configuré pour faire recirculer le débit depuis l'étage de démarrage régénératif vers l'entrée de pompe.

[0017] Le système fournit un débit depuis l'étage de démarrage régénératif jusqu'à ce que la pompe fournisse au moins l'une des exigences de débit et de pression prédéterminées du circuit de débit en aval associé, et par la suite l'éjecteur évacue le fluide de l'étage de démarrage régénératif et découple de ce fait l'étage de démarrage régénératif du système de pompe.

[0018] Le système inclut en outre un premier clapet antiretour en aval de la sortie de pompe centrifuge qui est sollicité vers une position fermée de sorte que lorsqu'il est dans une position fermée, le débit de la sortie de la pompe centrifuge est dirigé vers la soupape de régulation de l'étage de démarrage régénératif.

[0019] Le premier clapet antiretour s'ouvre lorsque la pompe atteint au moins l'une des exigences de débit et de pression prédéterminées du système de carburant de moteur en aval associé.

[0020] Le système inclut en outre un deuxième clapet antiretour en aval de l'étage de démarrage régénératif qui permet le débit depuis l'étage de démarrage régénératif pendant l'allumage.

[0021] Un procédé de fourniture d'un débit à un circuit de débit en aval associé pendant l'allumage et de transition du débit depuis une pompe centrifuge est fourni.

[0022] Le procédé inclut la fourniture de carburant depuis une source de carburant à la pompe centrifuge. Pendant un démarrage à faible vitesse approximativement inférieur à 10 % de la vitesse de l'arbre du moteur, le procédé inclut la transmission du débit de la pompe centrifuge vers un étage de démarrage régénératif afin d'alimenter un système de carburant de moteur associé (circuit de débit). Pendant le démarrage à faible vitesse, une partie du débit de l'étage de démarrage régénératif est fournie à un éjecteur qui la fait recirculer vers une entrée de la pompe centrifuge. Une fois que la pompe centrifuge fournit un niveau prédéterminé d'au moins l'une des exigences de débit et de pression du circuit de débit associé, le procédé inclut l'arrêt du débit depuis l'étage de démarrage régénératif vers le circuit de débit associé.

[0023] Une fois que la pompe centrifuge fournit le niveau prédéterminé d'au moins l'une des exigences de débit et de pression du circuit de débit/système de carburant de moteur associé, l'éjecteur vide le fluide de l'étage de démarrage régénératif afin d'isoler l'étage de démarrage régénératif du circuit de débit/système de carburant de moteur associé.

[0024] Le procédé inclut en outre la transition des exigences de débit pour le système de carburant de moteur associé de la fourniture initiale d'un débit depuis l'étage de démarrage régénératif à l'alimentation subséquente du circuit de débit/système de carburant de moteur associé depuis la pompe centrifuge, dans laquelle la transition se produit lorsqu'une pression de sortie de la pompe centrifuge dépasse une sortie de pression de l'étage de démarrage régénératif.

[0025] Une fois que la pompe centrifuge fournit le niveau prédéterminé d'au moins l'une des exigences de débit et de pression du circuit de débit/système de carburant de moteur associé, l'éjecteur vide le fluide de l'étage de démarrage régénératif afin d'isoler l'étage de démarrage régénératif du circuit de débit/système de carburant de moteur associé.

[0026] Le procédé inclut en outre la régulation du débit depuis la pompe centrifuge à travers l'étage de démarrage régénératif en fonction de la surveillance de la pression de sortie de la pompe et de la pression d'entrée vers la pompe centrifuge.

[0027] Le procédé inclut en outre l'entraînement de la pompe centrifuge et de l'étage de démarrage régénératif depuis un arbre commun, et la réduction sélective de la puissance consommée par l'étage de démarrage régénératif après l'allumage.

[0028] Un avantage principal concerne la réduction du poids et du coût de fabrication de la pompe à carburant de moteur d'aéronef en utilisant une pompe centrifuge à grande vitesse avec l'aide d'un deuxième agencement de pompe d'allumage qui ne remet pas en cause les avantages de la pompe centrifuge.

[0029] Un autre avantage réside dans la capacité de décharger l'étage de pompe d'allumage du système une fois qu'au moins l'un d'un débit et d'une pression approprié est fourni par la pompe centrifuge à grande vitesse.

[0030] Un autre avantage est associé à la capacité de récupérer ou d'évacuer la cavité de l'étage de pompe d'allumage afin de découpler efficacement l'étage de pompe de démarrage du système.

[0031] Un autre avantage est la capacité à protéger le système en limitant/limitant automatiquement le potentiel de surpressurisation.

[0032] D'autres effets bénéfiques et avantages de la présente invention deviendront plus évidents en lisant et en comprenant la description détaillée qui suit.

Brève description des dessins [0033] [fig.l][Eig. 1]

La Ligure 1 est une représentation schématique de la présente invention.

[0034] [fig.2][Eig. 2]

La Ligure 2 est un élément de pompage régénératif autolimitant modifié pour une pompe à carburant de moteur centrifuge à grande vitesse.

Description détaillée [0035] La description qui suit faisant référence au dessin annexé est fournie pour aider à comprendre globalement un ou plusieurs modes de réalisation de la présente invention telle que définie par les revendications et leurs équivalents. Elle inclut divers détails spécifiques pour faciliter cette compréhension, mais ces détails doivent être considérés comme simplement exemplaires. Ainsi, l'homme du métier reconnaît que divers changements et modifications des divers modes de réalisation décrits ici peuvent être apportés sans sortir du domaine et de l'esprit de la présente invention. Divers modes de réalisation exemplaires de la présente invention ne sont pas limités aux détails spécifiques des différents modes de réalisation et doivent être interprétés comme incluant tous les changements et/ou équivalents ou substituts inclus dans les idées et la portée technologique des revendications annexes. Dans la description des dessins, lorsque cela est possible, des numéros de référence similaires sont utilisés pour les éléments similaires.

[0036] Les termes « inclure » ou « peut inclure » utilisés dans la présente invention indiquent la présence de fonctions, opérations, éléments, etc. correspondants décrits et ne limitent pas un ou plusieurs des fonctions, opérations, éléments, etc. supplémentaires. De plus, il doit être compris que les termes « inclure », « incluant », « avoir » ou « ayant » utilisés dans la présente invention indiquent la présence de composants, caractéristiques, nombres, étapes, opérations, éléments, parties, ou une combinaison de ceux-ci décrits dans la spécification, et n'excluent pas la présence ou l'ajout d'un ou plusieurs autres caractéristiques, nombres, étapes, opérations, éléments, parties, ou une combinaison de ceux-ci.

[0037] Les termes « ou » ou « au moins l'un de A et/ou B » utilisés dans la présente invention incluent n'importe lesquelles et toutes les combinaisons de mots énumérées avec eux. Par exemple, « A ou B » ou « au moins l'un de A et/ou B » signifient incluant A uniquement, incluant B uniquement, ou incluant à la fois A et B.

[0038] Bien que les termes tels que « premier » et « deuxième » utilisés dans la présente invention puissent modifier divers éléments des différents modes de réalisation exemplaires, ces termes ne limitent pas les éléments correspondants. Par exemple, ces termes ne limitent pas un ordre et/ou une importance des éléments correspondants, et ces termes n'excluent pas des éléments supplémentaires (p. ex., deuxième, troisième, quatrième, etc.). Les termes peuvent être utilisés pour distinguer un élément d'un autre élément. Par exemple, un premier dispositif mécanique et un deuxième dispositif mécanique indiquent tous les deux des dispositifs mécaniques et peuvent indiquer différents types de dispositifs mécaniques ou le même type de dispositif mécanique. Par exemple, un premier élément peut être nommé un deuxième élément sans sortir du cadre des divers modes de réalisation exemplaires de la présente invention, et de manière similaire, un deuxième élément peut être nommé un premier élément.

[0039] Il sera compris que, lorsqu'un élément est mentionné comme étant « connecté » à ou « couplé » à ou « en communication » avec un autre élément de manière fonctionnelle, l'élément peut être directement connecté à, couplé à ou en communication avec un autre élément, et il peut s'agir d'un élément intermédiaire entre l'élément et un autre élément. Au contraire, il sera compris que, lorsqu'un élément est mentionné comme étant « directement connecté », « directement couplé », ou « en communication directe » avec un autre élément, il n'y a pas d'élément intermédiaire entre l'élément et un autre élément.

[0040] Les termes utilisés dans les divers modes de réalisation exemplaires de la présente invention ont pour objet de décrire des modes de réalisation exemplaires spécifiques et ne sont pas destinés à limiter différents ou divers modes de réalisation exemplaires de la présente invention. Telles qu'elles sont utilisées ici, les formes singulières sont prévues pour inclure également les formes plurielles, sauf si le contexte indique clairement le contraire.

[0041] Tous les termes utilisés ici (y compris les termes techniques et scientifiques) ont les mêmes significations que celles généralement entendues par un homme du métier ordinaire dans la technique associée, sauf indication contraire. Les termes définis dans un dictionnaire généralement utilisé doivent être interprétés comme ayant les mêmes significations que les significations contextuelles de la technologie pertinente et ne doivent pas être interprétés comme ayant des significations incohérentes ou exagérées sauf s'ils sont clairement définis dans les divers modes de réalisation exemplaires.

[0042] La Figure 1 présente initialement un système de fluide 100, en particulier un système de pompage 110 nécessitant différentes exigences à l'allumage. Plus spécifiquement, un mode de réalisation préféré de ce système 100 est un circuit de débit ou un système de carburant de moteur d'aéronef comprenant le système de pompe 110. Le système de pompe 110 utilise de préférence une pompe à grande vitesse 112, par exemple une pompe centrifuge, ayant une entrée de pompe 114 et une sortie de pompe 116. Un élément de pompe cinétique rotatif tel qu'un impulseur 118 est représenté schématiquement sur la Figure 1. L'homme du métier appréciera que l'impulseur 118 est reçu pour un mouvement rotationnel par rapport au carter de pompe centrifuge (non représenté), et que l'entrée 114 et la sortie 116 sont fournies à des emplacements souhaités dans le carter et communiquent avec une cavité de pompe qui reçoit l'impulseur. L'impulseur centrifuge est entraîné par un arbre 130 supporté par des paliers appropriés 132 d'une manière bien connue dans la technique. Un fluide, tel que du carburant de moteur, est fourni à partir d'une source de fluide appropriée 134. La rotation de l'impulseur 118 par l'arbre 130 transmet de l'énergie au fluide où le fluide sous pression est fourni pour un circuit de débit principal ou un système de carburant de moteur 136 associé par le biais d'un passage de fluide 138. Les détails du circuit de débit principal/système de carburant de moteur 136 associé sont classiques et ne font pas partie de la présente invention de sorte qu'une description supplémentaire est ici inutile pour comprendre complètement la présente invention. L'impulseur 118 est entraîné par un arbre d'entraînement 130 à grande vitesse et peut aller, par exemple, de 0 tr/min à environ 35 000 tr/min, bien que la vitesse de rotation de l'impulseur ne doive pas être considérée comme limitant la présente invention.

[0043] Comme noté dans le Contexte, du carburant d'une source 134 est fourni à une pompe centrifuge pour alimenter le circuit de débit principal/système de carburant de moteur 136 en aval. Il existe cependant un besoin de répondre à des problèmes de démarrage ou d'allumage du moteur, c'est-à-dire de fournir un débit et une pression appropriés à une faible vitesse d'entraînement, en particulier lorsqu'une pompe rotative à grande vitesse légère telle que la pompe centrifuge 112 est utilisée dans le système de pompage 100 et n'est pas capable de fournir un débit suffisant et/ou une pression suffisante à des vitesses d'allumage. Le système 100 est modifié comme représenté sur la Ligure 1 de sorte que la pompe centrifuge 112 fournisse un débit sous pression à travers un premier clapet antiretour 140 (où le clapet antiretour inclut un organe de sollicitation ou un ressort de sollicitation classique 142 qui impose une force de fermeture prédéterminée sur un organe sphérique classique 144) au circuit de débit principal 136 par le biais d'un passage de fluide 138 et fournisse également un étage de démarrage régénératif ou une pompe régénérative 150 par le biais d'un passage de fluide 152 qui reçoit un débit depuis la pompe centrifuge en amont du premier clapet antiretour.

[0044] La pompe régénérative 150 (parfois appelée pompe à turbine régénérative ou pompe périphérique) a de préférence un impulseur rotatif 154 avec des aubes 156 de part et d'autre d'une partie périphérique de celle-ci pour générer une pression élevée entre une entrée/aspiration 158 et une sortie/évacuation 160. L'étage de démarrage régénératif 150 est entraîné par l'arbre 130 dans le mode de réalisation préféré, bien qu'il sera compris qu'un arbre d'entraînement séparé pourrait également être utilisé. Plus particulièrement, le fluide sous pression provenant de la sortie de pompe centrifuge 116 s'écoule par le passage 152 vers la soupape de régulation 170 qui est interposée entre la sortie de pompe de passage d'alimentation centrifuge 116 et l'entrée 158 de l'étage de démarrage régénératif. La soupape de régulation 170 commande, régule, ou limite la sortie de pression depuis l'étage de démarrage régénératif 150 jusqu'à ce que la pompe centrifuge 112 rattrape, c'est-à-dire jusqu'à ce que la pompe centrifuge fournisse au moins l'un d'un débit et/ou d'une pression suffisants requis pour le circuit de débit en aval ou le système de carburant de moteur 136 en aval associé. La soupape de régulation 170 reçoit des signaux de pression depuis l'amont de la pompe centrifuge 112 par le biais d'un passage de fluide 172 et également depuis la sortie de pompe 138 par le biais d'un passage de fluide 174. Jusqu'au moment où la soupape de régulation 170 se ferme, l'étage de démarrage régénératif 150 fournit un débit sous pression pendant l'allumage au passage 138 à travers le deuxième clapet antiretour 180 par le biais d'un passage de fluide 162. Le deuxième clapet antiretour 180 inclut un organe de sollicitation ou un ressort de sollicitation 182 qui impose une force de fermeture présélectionnée sur un organe sphérique 184. De cette manière, le débit d'allumage de l'étage de démarrage régénératif 150 alimente le circuit de débit principal 136 associé, jusqu'au moment où la pompe centrifuge 112 a développé un débit et/ou une pression suffisants pour surmonter la force de sollicitation du premier clapet antiretour 140 et alimenter de ce fait le circuit de débit principal. À cet instant, le deuxième clapet antiretour 180 se ferme pour empêcher le débit de fluide depuis l'étage de démarrage régénératif 150 d'alimenter du fluide sous pression au système en aval 136 associé.

[0045] En outre, une fois que la pompe centrifuge 112 alimente le circuit de débit principal, il est souhaitable de décharger l'étage de démarrage régénératif puisque le fluide qui le traverse ajouterait sinon de la chaleur indésirable au système. Au point de transition où la pression de sortie de l'étage centrifuge commence à être fournie au circuit de débit principal, en plus de l'ouverture du premier clapet antiretour, le débit de l'étage de démarrage régénératif est réduit à zéro par la fermeture de la soupape de régulation 170. Ainsi, le débit supplémentaire de l'étage centrifuge 112 n'atteint pas l'entrée 158 de l'étage de démarrage régénératif 150. Comme illustré également sur la Figure 1, pendant l'allumage une partie du débit de l'évacuation de la pompe 138 est dirigée comme une source de débit motrice vers une pompe à éjecteur 200, à savoir un premier orifice ou un orifice d'entrée 202 de celui-ci. Un deuxième orifice ou orifice de sortie/d'évacuation 204 fait recirculer le débit de l'éjecteur 200 par le biais d'un passage de fluide 206 pour alimenter le passage 208 qui communique avec l'entrée 114 de la pompe centrifuge 112. Comme indiqué ci-dessus, un passage de fluide 172 communique avec le passage d'alimentation 208 vers la soupape de régulation 170 de sorte qu'une fois que la soupape de régulation se ferme, tout le débit de l'éjecteur 200 recircule vers l'entrée 114 de la pompe centrifuge 112. Comme le débit vers l'orifice d'entrée 202 de l'éjecteur 200 est maintenant fourni par la pompe centrifuge 112 après l'ouverture du clapet antiretour 140, l'orifice de récupération 210 de l'éjecteur 200 a maintenant la capacité d'évacuer la cavité de pompage de l'étage régénératif. Le retrait du fluide de la cavité de pompage de l'étage régénératif pousse la puissance de pompage consommée par l'étage de démarrage régénératif à être amenée proche de zéro, découplant ainsi efficacement l'étage de démarrage régénératif 150 du système 100. De cette manière, la capacité de pompage pour le circuit de débit 136 passe efficacement de l'étage de démarrage régénératif 150 à la pompe centrifuge 112.

[0046] Le système illustré schématiquement sur la Figure 1 fournit la fonction secondaire ou de pompage d'allumage par le biais de l'étage de démarrage régénératif 150 d'une manière qui ne remet pas en cause les avantages en termes de poids et de coût de la pompe centrifuge à grande vitesse 112. La combinaison de l'étage de démarrage régénératif 150, de la pompe à éjecteur 200, de la soupape de régulation 170 et des clapets antiretour 140, 180 commande efficacement le processus de démarrage.

[0047] Le procédé associé de fourniture d'un débit au circuit de débit principal pendant l'allumage et de transition vers la pompe centrifuge est comme suit. Le carburant entre dans l'étage de pompage centrifuge à grande vitesse 112 à des niveaux de pression créés par l'alimentation, c'est-à-dire le système de carburant de cellule. Le carburant est mis sous pression par l'action de la pompe centrifuge. Dans le cas d'un démarrage à faible vitesse, typiquement inférieur à 10 % de la vitesse de l'arbre, l'étage centrifuge 112 fournit très peu de mise sous pression du carburant. Le carburant sortant de l'étage centrifuge 112 alimente à la fois l'étage de démarrage régénératif 150 à travers la soupape de régulation de l'étage de démarrage 170, et le circuit de débit principal 136 par le biais du premier clapet antiretour 140.

[0048] Le débit entrant dans l'étage de démarrage régénératif 150 est mis sous pression de manière significative par l'élément de pompe régénérative 154. Ce débit sort de l'étage de démarrage régénératif à travers un deuxième clapet antiretour 180 et entre dans le circuit de débit principal 136. La soupape de régulation 170 au niveau de l'entrée de l'étage régénératif 150 agit pour ralentir le débit fourni à l'étage régénératif et régule de ce fait le système de pompage sous pression total 100 pendant la phase de démarrage. À mesure que la vitesse d'entraînement augmente, la sortie de pression de l'étage centrifuge approche et finalement dépasse la sortie régulée de l'étage de démarrage régénératif 150. Au niveau du point où la pression de sortie de l'étage centrifuge dépasse le niveau de pression du circuit principal (entretenu par l'étage régénératif régulé 150), le premier clapet antiretour 140 s'ouvre et le débit est fourni par l'étage de pompe centrifuge 112 au circuit principal 136. Le débit de l'étage de démarrage régénératif est réduit à zéro par la fermeture complète du régulateur de pression de l'entrée de l'étage régénératif 170.

[0049] Lorsque le débit de l'étage d'allumage régénératif s'arrête, le clapet antiretour d'évacuation régénérative 180 se ferme et isole l'étage de démarrage régénératif 150 du système 100. À ce point, la pompe à éjecteur 200, qui a toujours récupéré le fluide de l'évacuation de l'étage de démarrage régénératif, a maintenant la capacité d'évacuer complètement la cavité de pompage de l'étage régénératif. Lors de l'évacuation de la cavité de pompage de l'étage régénératif, la puissance de pompage consommée par l'étage de démarrage régénératif 150 est amenée proche de zéro, découplant ainsi efficacement l'élément d'étage de démarrage.

[0050] L'étage de démarrage régénératif 150 produit avec succès une pression à faible vitesse, contrairement à l'étage centrifuge 112. La pression de sortie de l'étage de démarrage régénératif 150 est régulée pendant l'accélération de la vitesse d'entraînement. L'étage centrifuge 112 est alors connecté de manière fluide sans perturbation dans la pression et le débit de sortie du système. En outre, l'étage de démarrage régénératif se libère du reste du système par l'évacuation de la cavité de pompe et de ce fait n'ajoute pas ultérieurement d'énergie de pompe et de chaleur excessive au système.

[0051] La Ligure 2 présente et décrit un deuxième mode de réalisation. Les numéros de référence similaires avec un symbole prime comme suffixe (’) font référence aux composants similaires, et les nouveaux éléments seront référencés par de nouveaux numéros de référence. Un système de fluide 100’, en particulier un système de pompage 110’ nécessitant différentes exigences à l'allumage est représenté. Plus spécifiquement, un mode de réalisation préféré de ce système 100’ est un circuit de débit ou un système de carburant de moteur d'aéronef comprenant le système de pompe 110’. Le système de pompe 110’ utilise de préférence une pompe à grande vitesse 112’, par exemple une pompe centrifuge, ayant une entrée de pompe 114’ et une sortie de pompe 116’. Un élément de pompe cinétique rotatif tel qu'un impulseur 118’ est représenté schématiquement sur la Ligure 2. L'homme du métier appréciera que l'impulseur 118’ est reçu pour un mouvement rotationnel par rapport au carter de pompe centrifuge (non représenté), et que l'entrée 114’ et la sortie 116’ sont fournies à des emplacements souhaités dans le carter et communiquent avec une cavité de pompe qui reçoit l'impulseur. L'impulseur centrifuge 118’ est entraîné par un arbre 130’ supporté par des paliers appropriés 132’ d'une manière bien connue dans la technique. Un fluide, tel que du carburant de moteur, est fourni à partir d'une source de fluide appropriée 134’. La rotation de l'impulseur 118’ par l'arbre 130’ transmet de l'énergie au fluide où le fluide sous pression est fourni pour un circuit de débit principal ou un système de carburant de moteur 136’ associé par le biais d'un passage de fluide 138’. Les détails du circuit de débit principal/système de carburant de moteur 136’ associé sont classiques et ne font pas partie de la présente invention de sorte qu'une description supplémentaire est ici inutile pour comprendre complètement la présente invention. L'impulseur 118’ est entraîné par un arbre d'entraînement 130’ à grande vitesse et peut aller, par exemple, de 0 tr/min à environ 35 000 tr/min, bien que la vitesse de rotation de l'impulseur ne doive pas être considérée comme limitant la présente invention.

[0052] Comme noté dans le Contexte, du carburant d'une source 134’ est fourni à une pompe centrifuge pour alimenter le circuit de débit principal/système de carburant de moteur 136’ en aval. Il existe cependant un besoin de répondre à des problèmes de démarrage ou d'allumage du moteur, c'est-à-dire de fournir un débit et une pression appropriés à une faible vitesse d'entraînement, en particulier lorsqu'une pompe rotative à grande vitesse légère telle que la pompe centrifuge 112’ est utilisée dans le système de pompage 100’ et n'est pas capable de fournir un débit suffisant et/ou une pression suffisante à des vitesses d'allumage. Le système 100’ est modifié comme représenté sur la Ligure 2 de sorte que la pompe centrifuge 112’ fournisse un débit sous pression à travers un premier clapet antiretour 140’ (où le clapet antiretour inclut un organe de sollicitation ou un ressort de sollicitation classique 142’ qui impose une force de fermeture prédéterminée sur une soupape ou un organe sphérique classique 144’) au circuit de débit principal 136’ par le biais d'un passage de fluide 138’. En amont du premier clapet antiretour 140’ se trouve une ligne de signal de pression 152’ qui se branche à une soupape de régulation 170’ d'une manière décrite plus en détail cidessous.

[0053] Un étage de démarrage régénératif ou une pompe régénérative 150’ (parfois appelée pompe à turbine régénérative ou pompe périphérique) est fourni. La pompe régénérative 150’ a de préférence un impulseur rotatif 154’ avec des aubes 156’ de part et d'autre d'une partie périphérique de celle-ci pour générer une pression élevée entre une entrée/aspiration 158’ et une sortie/évacuation 160’. L'étage de démarrage régénératif 150’ est entraîné par l'arbre 130’ dans le mode de réalisation préféré, bien qu'il sera compris qu'un arbre d'entraînement séparé pourrait également être utilisé. Plus particulièrement, le fluide de la source 134’ s'écoule par le passage 174’ vers la soupape de régulation 170’ qui communique avec l'entrée 158’ de l'étage de démarrage régénératif. La soupape de régulation 170’ commande, régule, ou limite la sortie de pression depuis l'étage de démarrage régénératif 150’ jusqu'à ce que la pompe centrifuge 112’ rattrape, c'est-à-dire jusqu'à ce que la pompe centrifuge fournisse au moins l'un d'un débit et/ou d'une pression suffisants requis pour le circuit de débit en aval ou le système de carburant de moteur en aval 136’ associé. Spécifiquement, la soupape de régulation 170’ reçoit des signaux de pression depuis l'amont de la pompe centrifuge 112’ par le biais d'un passage de fluide 172’ et également depuis la sortie de pompe 116’ par le biais d'un passage de fluide 152’. Jusqu'à ce que la soupape de régulation 170’ se ferme (lorsqu'une pression suffisante est fournie par le passage de signal 152’ pour pousser l'organe de soupape ou le tiroir de soupape 176’ vers une position fermée qui surmonte la force de sollicitation du ressort 178’ dans la soupape de régulation), l'étage de démarrage régénératif 150’ alimente un débit sous pression pendant l'allumage vers le passage 138’ à travers le deuxième clapet antiretour 180’ par le biais d'un passage de fluide 162’. Le deuxième clapet antiretour 180’ inclut un organe de sollicitation ou un ressort de sollicitation 182’ qui impose une force de fermeture présélectionnée sur un organe sphérique 184’. De cette manière, le débit d'allumage de l'étage de démarrage régénératif 150’ alimente le circuit de débit principal 136’ associé, jusqu'au moment où la pompe centrifuge 112’ a développé un débit et/ou une pression suffisants pour surmonter la force de sollicitation du premier clapet antiretour 140’ et alimenter de ce fait le circuit de débit principal. À cet instant, le deuxième clapet antiretour 180’ se ferme pour empêcher le débit de fluide de l'étage de démarrage régénératif 150’ d'alimenter du fluide sous pression au système en aval 136’ associé.

[0054] En outre, une fois que la pompe centrifuge 112’ alimente le circuit de débit principal, il est souhaitable de décharger l'étage de démarrage régénératif 150’ puisque le fluide qui le traverse ajouterait sinon de la chaleur indésirable au système. Au point de transition où la pression de sortie de l'étage centrifuge commence à être fournie au circuit de débit principal, en plus de l'ouverture du premier clapet antiretour 140’, le débit de l'étage de démarrage régénératif est réduit à zéro par la fermeture de la soupape de régulation 170’. Ainsi, le débit supplémentaire de la source de fluide 134’ n'atteint pas l'entrée 158’ de l'étage de démarrage régénératif 150’. Comme illustré également sur la Figure 2’, pendant l'allumage une partie du débit dans la ligne de fluide 138’ est transmise comme une source de débit motrice vers une pompe à éjecteur 200’, à savoir un premier orifice ou un orifice d'entrée 202’ de celui-ci. Un deuxième orifice ou orifice de sortie/d'évacuation 204’ fait recirculer le débit de l'éjecteur 200’ par le biais d'un passage de fluide 206’ pour alimenter le passage 208’ qui communique avec l'entrée 114’ de la pompe centrifuge 112’. Comme indiqué cidessus, une fois que la soupape de régulation 170’ se ferme, tout le débit de l'éjecteur 200’ recircule vers l'entrée 114’ de la pompe centrifuge 112’. Comme le débit vers l'orifice d'entrée 202’ de l'éjecteur 200’ est maintenant fourni par la pompe centrifuge 112’ après l'ouverture du clapet antiretour 140’, l'orifice de récupération 210’ de l'éjecteur 200’ a maintenant la capacité d'évacuer la cavité de pompage de l'étage régénératif. Le retrait du fluide de la cavité de pompage de la pompe d'étage régénératif 150’ pousse la puissance de pompage consommée par l'étage de démarrage régénératif à être amenée proche de zéro, découplant ainsi efficacement l'étage de démarrage régénératif 150’ du système 100’. De cette manière, la capacité de pompage pour le circuit de débit 136’ passe efficacement de l'étage de démarrage régénératif 150’ à la pompe centrifuge 112’.

[0055] Ainsi, dans ce deuxième mode de réalisation de la Figure 2, le fluide est fourni à l'entrée de l'étage régénératif depuis la pression de l'entrée de pompe plutôt que depuis l'évacuation de l'étage centrifuge (Figure 1). Ce faisant, le remplissage complet de l'étage régénératif 150’ n'a lieu que jusqu'à une certaine vitesse d'arbre basée principalement sur, par exemple, le diamètre de la roue régénérative et la pression d'entrée de la pompe, qui ne change pas avec la vitesse de la pompe. Par conséquent, un diamètre de roue peut être adapté ou apparié avec la vitesse d'arrêt souhaitée de l'étage de démarrage régénératif, limitant de ce fait automatiquement le processus de production de pression et protégeant le système de carburant contre toute surpressurisation.

[0056] Le système illustré schématiquement sur la Figure 2 fournit la fonction de pompage ou d'allumage secondaire par le biais de l'étage de démarrage régénératif 150’ d'une manière qui ne remet pas en cause les avantages en termes de poids et de coût de la pompe centrifuge à grande vitesse 112’. La combinaison de l'étage de démarrage ré génératif 150’, de la pompe à éjecteur 200’, de la soupape de régulation 170’ et des clapets antiretour 140’, 180’ commande efficacement le processus de démarrage, et le fait avantageusement d'une manière qui limite le processus de production de pression et protège ainsi le système de carburant contre toute surpressurisation.

[0057] Le procédé associé de fourniture d'un débit au circuit de débit principal pendant l'allumage et de transition vers la pompe centrifuge en relation avec le mode de réalisation de la Ligure 2 est le suivant. Le carburant entre dans l'étage de pompage centrifuge à grande vitesse 112’ à des niveaux de pression créés par l'alimentation, c'est-à-dire le système de carburant de cellule. Le carburant est mis sous pression par l'action de la pompe centrifuge. Dans le cas d'un démarrage à faible vitesse, typiquement inférieur à 10 % de la vitesse d'arbre, l'étage centrifuge 112’ fournit très peu de mise sous pression du carburant. Le carburant sortant de l'étage centrifuge 112’ alimente le circuit de débit principal 136’ par le biais du premier clapet antiretour 140’, et fournit également un signal de pression à la soupape de régulation 170’.

[0058] Le débit entrant dans l'étage de démarrage régénératif 150’ par le biais d'un passage 174’ de l'alimentation du système de carburant de cellule 134’ est mis sous pression de manière significative par l'élément de pompe régénérative 154’. Ce débit sort de l'étage de démarrage régénératif par le biais d'un deuxième clapet antiretour 180’ et entre dans le circuit de débit principal 136’. La soupape de régulation 170’ au niveau de l'entrée de l'étage régénératif 150’ agit pour ralentir le débit fourni à l'étage régénératif et régule de ce fait le système de pompage sous pression total 100’ pendant la phase de démarrage. À mesure que la vitesse d'entraînement augmente, la sortie de pression de l'étage centrifuge 112’ approche et finalement dépasse la sortie régulée de l'étage de démarrage régénératif 150’. Au niveau du point où la pression de sortie de l'étage centrifuge dépasse le niveau de pression du circuit principal (entretenu par l'étage régénératif régulé 150’), le premier clapet antiretour 140’ s'ouvre et le débit est fourni par l'étage de pompe centrifuge 112’ au circuit principal 136’. Le débit provenant de l'étage de démarrage régénératif 150’ est réduit à zéro par la fermeture complète du régulateur de pression d'entrée de l'étage régénératif 170’ en conséquence de la pression augmentée de la sortie 116’ de l'étage centrifuge 112’ par le biais d'une ligne de signal 152’ agissant sur le tiroir de soupape 176’ pour surmonter la force du ressort 178’.

[0059] Lorsque le débit de l'étage d'allumage régénératif 150’ s'arrête, le clapet antiretour d'évacuation régénératif 180’ se ferme et isole l'étage de démarrage régénératif 150’ du système 100’. À ce point, la pompe à éjecteur 200’, qui a toujours récupéré le fluide de l'évacuation de l'étage de démarrage régénératif, a maintenant la capacité d'évacuer complètement la cavité de pompage de l'étage régénératif. Lors de l'évacuation de la cavité de pompage de l'étage régénératif, la puissance de pompage consommée par l'étage de démarrage régénératif 150’ est amenée proche de zéro, découplant ainsi efficacement l'élément d'étage de démarrage.

[0060] L'étage de démarrage régénératif 150’ produit avec succès une pression à faible vitesse, contrairement à l'étage centrifuge 112’. La pression de sortie de l'étage de démarrage régénératif 150’ est régulée pendant l'accélération de la vitesse d'entraînement. L'étage centrifuge 112’ est alors connecté de manière fluide sans perturbation dans la pression et le débit de sortie du système. En outre, l'étage de démarrage régénératif 150’ se libère du reste du système par l'évacuation de la cavité de pompe et de ce fait n'ajoute pas ultérieurement d'énergie de pompe et de chaleur excessive au système.

[0061] Cette description écrite utilise des exemples pour décrire l'invention, y compris le meilleur mode, ainsi que pour permettre à la personne compétente dans la technique de réaliser et d'utiliser l'invention. D'autres exemples qui apparaissent à l'homme du métier sont destinés à entrer dans le domaine d'application de l'invention s'ils ont des éléments de structure qui ne diffèrent pas du même concept, ou s'ils incluent des éléments structurels équivalents avec des différences négligeables.

Claims (1)

1. [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8]

   Revendications

   Système de pompe comprenant :

   une pompe incluant une entrée et une sortie qui communiquent avec un élément de pompage cinétique rotatif pour transmettre de l'énergie à un fluide de pompe associé dirigé vers un circuit de débit en aval associé ; un étage de démarrage régénératif en communication fluidique sélective avec la pompe ;

   une soupape qui empêche une communication fluidique entre la sortie de pompe et le circuit de débit en aval associé jusqu'à ce que la pompe atteigne l'un d'un seuil de pression ou de débit prédéterminé ;

   un éjecteur ayant une entrée qui communique avec la sortie de pompe et une sortie qui communique avec l'entrée de pompe ; et une soupape de régulation qui régule de manière sélective le fluide associé à l'étage de démarrage régénératif, dans laquelle la soupape répond à un signal pris entre la sortie de pompe et la soupape.

   Système de pompe selon la revendication 1 dans lequel la soupape de régulation répond également à un deuxième signal de pression provenant de l'amont de l'entrée de pompe.

   Système de pompe selon la revendication 1 dans lequel la soupape de régulation est configurée pour fournir un débit d'entrée à l'étage de démarrage régénératif jusqu'à ce que la pompe fournisse au moins l'une des exigences de débit et de pression prédéterminées du circuit de débit en aval associé.

   Système de pompe selon la revendication 1 dans lequel la soupape de régulation reçoit un débit directement depuis une source de fluide de système.

   Système de pompe selon la revendication 1 dans lequel l'éjecteur reçoit un débit de l'étage depuis l'étage de démarrage régénératif pendant l'allumage.

   Système de pompe selon la revendication 1 dans lequel l'éjecteur fait recirculer un débit depuis la sortie de pompe vers l'entrée de pompe.

   Système de pompe selon la revendication 1 dans lequel l'étage de démarrage régénératif transmet un débit à la fois à l'éjecteur et au circuit de débit en aval associé pendant l'allumage.

   Système de pompe selon la revendication 7 dans lequel l'éjecteur reçoit un débit depuis l'étage de démarrage régénératif pendant l'allumage et est configuré pour faire recirculer le débit vers l'entrée de pompe.

   [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] [Revendication 13] [Revendication 14]

   Système de pompe selon la revendication 8 dans lequel l'éjecteur reçoit un débit depuis l'étage de démarrage régénératif jusqu'à ce que la pompe fournisse au moins l'une des exigences de débit et de pression prédéterminées du circuit de débit en aval associé, et par la suite l'éjecteur évacue du fluide de l'étage de démarrage régénératif et découple de ce fait l'étage de démarrage régénératif du système de pompe.

   Système de pompe selon la revendication 1 dans lequel l'étage de démarrage régénératif reçoit un fluide de système par le biais de la soupape de régulation dans une position ouverte de la soupape.

   Procédé de fourniture d'un débit à un circuit de débit pendant l'allumage et de transition du débit depuis une pompe centrifuge, le procédé comprenant :

   la fourniture de carburant depuis une source de carburant à la pompe centrifuge ;

   pendant un démarrage à faible vitesse approximativement inférieur à 10 % de la vitesse de l'arbre du moteur, la transmission du débit depuis la source de carburant vers un étage de démarrage régénératif afin d'alimenter un circuit de débit en aval associé ;

   pendant le démarrage à faible vitesse, une partie du débit provenant de l'étage de démarrage régénératif est fournie à un éjecteur qui la fait recirculer vers une entrée de la pompe centrifuge ; et une fois que la pompe centrifuge fournit un niveau prédéterminé d'au moins l'une des exigences de débit et de pression prédéterminées du circuit de débit associé, l'arrêt du débit depuis l'étage de démarrage régénératif vers le circuit de débit principal associé.

   Procédé selon la revendication 11 dans lequel lorsque la pompe centrifuge fournit le niveau prédéterminé d'au moins l'une des exigences de débit et de pression du circuit de débit en aval associé, l'éjecteur retire du fluide de l'étage de démarrage régénératif afin d'isoler l'étage de démarrage régénératif du système.

   Procédé selon la revendication 12 dans lequel une transition d'exigences de débit pour le circuit de débit inclut initialement la fourniture d'un débit sous pression depuis l'étage de démarrage régénératif et ultérieurement la fourniture d'un débit sous pression depuis la pompe centrifuge, et la transition se produit lorsqu'une pression sortie de la pompe centrifuge dépasse une sortie de pression de l'étage de démarrage régénératif.

   Procédé selon la revendication 13 dans lequel lorsque la pompe [Revendication 15] [Revendication 16] centrifuge fournit le niveau prédéterminé d'au moins l'une des exigences de débit et de pression du circuit de débit en aval associé, l'éjecteur vide le fluide de l'étage de démarrage régénératif afin d'isoler l'étage de démarrage régénératif du circuit de débit associé.

   Procédé selon la revendication 11 comprenant en outre la régulation d'un débit depuis la source de carburant à travers l'étage de démarrage régénératif en fonction de la surveillance d'une différence de pression entre une pression d'entrée et de sortie de la pompe centrifuge.

   Procédé selon la revendication 11 comprenant en outre l'entraînement de pompe centrifuge et de l'étage de démarrage régénératif depuis un arbre commun, et la réduction sélective de la puissance consommée par l'étage de démarrage régénératif après l'allumage.