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BREVET D' INTENTION " Perfectionnements aux systèmes d'alimen- tation en combustible et'de contrôle de
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Cette invention a trait à un système d'alimentation en combustible et de contrôle de puissance pour des turbines à gaz, moteurs à récat/ion et autres sources de puissance si-
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milaires utilisant l'énergie produite par 1'.écha¯uffemen-t et la détente d'air pré-comprimé ;
elle vise particulièrement des installations motrices à réaction pour aérodynes où l'air est comprimé dans une chambre constituant un élément d'un gé- nérateur, dans laquelle il est échauffépar la combustion du ' combustible et d'où l'air et les produits de la combustion passent dans une turbine pour entrainer un compresseur, puis
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dans une tuyère à réaction pour déterminer la propulsion de 1'aérodyne, et des installations motrices pour aérodynes où une turbine à gaz entraine l'hélice de 1'aérodyne et peut également entraîner un compresseur pour fournir l'air à la chambre de combustion ou générateur.
Un objet de l'invention est de réaliser un système perfectionné d'alimentation en combustible et de contrôle de puissance pour installations motrices et sources de puissance du type spécifié.
D'autres objets de l'invention visent :
La réalisation d'un système d'alimentation en combustible et de contrôle de puissance où une limite supérieure est automatiquement imposée au débit du combustible suivant unecourbe d'accélération pour maintenir la tempéra.ture des gaz dilatés dans les limites de sécurité déterminées et où une limite inférieure est fixée de façon similaire suivant une courbe de décélération pour éviter un appauvrissement qui empêcherait la propagation de la. flamme ou entrainerait l'extinction du brûleur.
Un système réalisant le but spécifié qui assure une alimentation continue déterminée de combustible liquide à, un brûleur dans un rapport convenable avec l'air comprimé dans celui-ci et en fonction des demandes de puissance ou pour toutes les positions d'un levier de contrôle de puissance ;
Un système du type spécifié dans lequel le combustible liquide fourni à un bràleur est dosé en fonction des demandes de puissance du moteur sans gaspillage, tout en assurant un débit de combustible suffisant pour maintenir la propagation de la flamme pour les positions d'un levier de commande correspondant aux faibles puissances et à la vitesse de ralenti.
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Un système d'alimentation en combustible et de contrôle de puissance qui convienne particulièrement aux moteurs ou sources motrices à réaction du type à turbine à gaz dans lequel le contrôlE de la puissance peut être obtenu par le réglage de l'alimentation en combustible liquide sans nécessiter le réglage de l'alimentatioi des en air/gaz d'échappement ou/d'autres facteurs qui pourrait déterminer une perte de puissance temporaire ;
Un système d'alimentation en combustible et de contrôle de puissance pour moteurs à réaction ou turbines à gaz destiné aux aérodynes,qui maintient un rapport combustible/air déterminé dans le brûleur pour des valeurs variables de la densité de l'air et par conséquent,pour des conditions variables d'altitude et de tem- pérature ;
Un système du type spécifié qui soit de construction et de fonctionnement relativement simples.
L'invention a encore pour objet d'améliorer par d'autres mo- yens les caractéristiques d'alimentation en combustible de sources de puissance utilisant l'énergie des gaz dilatés par l'addition de combustible et la combustion dans un brûleur ou chambre de combus- tion.
Les objets et avantages précédents et d'autres encore appa- raitront de la description suivante et des dessins annexés,sur le squelle s :
La figure I est une coupe longitudinale axiale d'une source de puissance ou moteur à réaction comportant le système d'alimente tion en combustible et de contrôle de puissance,objet de la pré- sente invention; la figure 2 est une coupe,et dans une certaine mesure,un schéma du système d'alimentation en combustible et de contrôle de puissance;
La figure 5 est une coupe longitudinale axiale de l'un des brûleurs;
La figure 4 est une coupe analoque de l'un des injecteurs de combustible;
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Les figures 4a et 4b sont respectivement une élévation et une vue en bout de la soupape de l'injecteur de la figure 4;
La figure5est une vue analogue à. la figure 4 d'une variante de cet injecteur;
La figure 5a, est une coupa à plus grande échelle de la partie terminale de l'injecteur de la figure 5;
La figure 5b est une coupe suivant le ligne 5b-5b de la figure 5a, et
La figure 6 est un diagramme des courbes représentatives du fonctionnement du système.
La source de puissance représentée sur la figure I est montée dans un logement approprié, tel que le fuseau moteur d'un avion indiqué en N et comporte un carter extérieur 5 qui s'épanouit à son extrémité avant pour définir une entrée d'air 5a et dont l'extrémité arrière est profilée de façon à constituer une tuyère à réaction 5b, ce carter contenant un compresseur d'air 6 du type rotatif qui comprime l'air dans une chambre 7 contenant plusieurs brûleurs 7a. disposés de façon à diriger l'air chaud et les produits de la combustion sur les aubages 8a d'un rotor de turbine 8. Le motor de la turbine et le compresseur d'air sont montés sur un arbre commun 9 qui tourillonne dans le palier 9a.
L'air entrant par l'admission 5a pénètre dans le compresseur qui le comprime dans une chambre 7,puis dans les chambres de combustion 7a,dans lesquelles il s'échauffe du fait de la combustion de combustible. L'air dilaté tombe ensuite sur les aubages du rotor de la turbine pour entrainer le compresseur et est ensuite délivré à l'atmosphère à travers la tuyère à, réaction 5b pour effectuer la propulsion de 1(aérodyne.
En se référant maintenant à la figure 2, le système de dosage du combustible et de contrôle de puissance 10 comporte un carter approprié dans lequel est montée une pompe à combustible II qui prend le combustible dans une source telle qu'un réservoir, non représenté, au moyen d'un conduit
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12, et qui le débite dans une chambre de combustible non dosé D, par l'intermédiaire d'un orifice 13 contrôlé par une soupape 14, dont la tige 14' est reliée aux plaquettes centrales des diaphragmes 15 et 16.
Une soupape de décompression 17 contrôle l'orifice 18 d'un by-pass 18' qui aboutit dans l'entrée du conduit 12.
Cette soupape est'montée sur un diaphragme 19 qui ferme une chambre 20 reliée à la chambre D par un conduit 21,la soupape 17 étant sollicitée vers la position de fermeture par un ressort 22.la surface effective du diaphragme 19 est sensiblement le même que celle de la soupape 17 et de ce fait, la perte de charge à travers l'orifice 13 qui est déterminée par la force du ressort 22, reste toujours sensiblement constante.Comme la perte de charge à travers l'orifice 13 est maintenùe sensiblement constante,l'effort appliqué à la tige 14' du fait de la différence des pressions de part et d'autre de la soupape 14 peut être équilibré ou sensiblement équili- bré, par excès ou par défaut,
par des moyens mécaniques tels qu'un ressort 22' à l'arrière duquel se trouve une vis de réglage 23. le combustible non dosé passe de la chambre D dans une chambre de dosage 25 par l'intermédiaire d'un orifice 24 de section relativement grande,puis à travers un orifice de dosage 26 contrôlé par un pointeau 27 qui est relié à un diaphragme 28 et sollicité vers la position de fermeture par un ressort 29 monté dans la chambre 30.Si on le désire,on peut prévoir une butée pour empêcher la fermeture complète de l'orifice 26 par la soupape 27,qui pàurrait entraîner le collage de ladite soupape.
La différence de pression aui s'exerce sur le diaphragme 28 varie en fonotion de la densité de l'air,grâce
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à une soupape ou tiroir SI relié à une capsule 32 oui est sensible eux variations de pression et de température et est montée dans une chambre 33 qui peut être en communica- tion avec l'atmosphère par l'évent 54,ou si on le désire, avec toute autre capacité où regne une pression de référence,
telle que l'entrée d'air de la source de puissance.Le tiroir 31 commande l'orifice 35 oui fait communiquer le passage 36 venant de la chambre 25 avec le conduit 37 aboutissant à la chambre 30.La chambre 30 communique avec la chambre C au moyen d'un conduit 38 dans lequel est monté un étranglement calibré 38'de dimensions déterminées.
Pour les pressions barométriques et les températures qui régnent au niveau du sol,la section de l'orifice 35 par rapport à l'orifice calibré 38'est telle que l'action de ce dernier soit maximum;mais lorsque la densité de l'air décroît, la. capsule 32 se dilate,la section de l'orifice 35 croît,et par suite,l'effet de l'orifice calibré 58'est moindre.La répercussion de cette action sur le réglage du débit de combustible en fonction de la densité de l'air sera expliquée plus complètement dans le description du fonctionnement du système.
Le combustible liquide qui passe à travers l'orifice de dosage 26 arrive dans le conduit 39 (qui constitue un prolongement du conduit 12) du circuit menant aux injecteurs des brûleurs;il remplit également la chambre C,puis la chambre B, cette dernière étant en communication avec le conduit 39 par le conduit 4:0,, qui comporte une série de ramifications s'ouvrant dans la chambre 41 d'une soupape et dans lesquelles sont montés les orifices calibrés 42,45 et 44 de caractéristiques d'écoulement déterminées.Les orifices 45 et 46 et le conduit ou passage 47 font communiquer la chambre 41 avec le conduit
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39.
Une soupape en forme de piston ou tiroir 48 est montée de façon à pouvoir coulisser dans la chambre 41 et présente des collerettes 49 et 50 destinées à obturer ou découvrir les orifices 43 et 44. Le piston ou tdroir 48 est actionné d'une façon qui va être décrite par la suit e .
Un conduit 51 réunit la chambre C à la chambre 52 d'une pompe centrifuge, cette chambre communiquant avec). la chambre A par l'intermédiaire de l'orifice calibré 53. La roue 54 de la pompe est montée dans la chambre 52 sur un arbre 55 ayant une liaison mécanique avec l'arbre 9 de la turbine et du compresseur représenté sur la figure I.
Ainsi, l'entraînement de la roue 54 est fonction de la vitesse de la turbine et du compresseur et détermine l'établissement, entre la chambre c et la périphérie 52' de la chambre 52, d'une différence de pression proportionnelle au carré de cette vitesse, c'est à dire au carré de la vitesse du moteur, le mot " moteur étant utilisé ici pour désigner la source motrice comportant la turbine et le compresseur ; et du fait que l'installation est telle que les pressions dans les chambres A et D sont égales ou proportionnelles, la différence de pression entre les chambres D et c varie comme le carré de la vitesse du moteur.
Un régulateur 56 est fixé sur l'arbre 55 et entrainé par lui, et comporte les masses 56a qui agissent sur des equerres 56b pour contrôler la position d'un manchon 57 monté glissant sur ledit arbre. Un levier 58 est articulé en 59 sur un pivot et se termine, à l'une de ses extrémités, par une rotule 60 qui s'engage dans un logement prévu dans l'extrémité du. tiroir 48 qui sort de l'appareil ; à son autre
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extrémité, le levier 58 présente une fourchette qui s'engage dans la gorge 61 définie par des colliers espaces du manchon 57.
Un levier unique de contrôle de la puissance 62 vient agir sur une extrémité du manchon 57 par l'intermédiaire de la tringlerie 63 de l'équerre 64 et d'un ressort 65 qui porte à son extrémité intérieure contre ledit manchon 57.
Le combustible dosé amené par le conduit 39 est in- troduit dans les chambres individuelles des brûleurs (figure 3) par des injecteurs 66 qui sont tous de construction identique et dont des exemples sont représentés d'une façon détaillée sur les figures 4 et 5. L'injecteur représenté sur les figures 4,
4a et 4b comporte un corps 67 formant support qui est fixé de façon appropriée au brûleur et présente un nez 68 dans lequel est ménagé l'orifice de sortie 69. Un organe de soupape 70 est monté de façon coulissante dans le corps 67 et est sollicité normalement vers la position d'application sur son siège par un ressort 71 dont la tension peut être réglée par un écrou de retenue 72. la soupape 70 présente une extrémité conique 73 qui vient s'appliquer contre l'orifice 69 et sur laquelle sont ménagées des rainures en hélice 73a ; en arrière de cette extrémité 73 se trouve un anneau 74 sur lequel sont également ménagées des rainures en hélice 74a qui coopè- rent avec les rainures 73a, mais ont une plus grande capacité d'écoulement.
Une chambre d'admission 75 est définie par l'anneau 74 et l'épanouissement 76 situé à l'arrière de cet anneau et le combustible est amené à cette chambre par un passage 77 prévu dans un épanouissement du corps 67 et qui reçoit un raccord fileté 78 auauel vient se fixer un conduit 79, ce dernier étant relié à une nourrice torique 80 nui est commune
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à tous les injecteurs (voir figure I) et Qui, à son tour, reçoit le combustible du conduit 39 par un conduit 80a.
Pour les faibles pressions du combustible, la sou- pape 70 reste appliquée sur son siège et l'écoulement du combustible a lieu par les extrémités des rainures 73a ; comme ces rainures. sont relativement fines, le combustible sort à plus grande vitesse sous forme d'un jet tourbil- lonnaire. Quand la pression du combustible augmente, la soupape se déplace en arrière, et l'écoulement se produit par les rainures hélicoïdales 74a et l'orifice 69, l'action de tourbillon étant encore maintenue, mais l'action de dif- fusion par l'extrémité conique de l'injecteur variant. la capacité d'écoulement des rainures 74a définit la capacité de décharge de l'injecteur à moins qu'un jeu n'existe entre l'anneau 74 et la paroi adjacente de la chambre de l'injecteur.
Les principaux avantages de cet injecteur sont qu'il permet d'obtenir une meilleure atomisation pour toutes les pressions, un angle de diffusion variable et l'élimination des injecteurs spéciaux prévus pour les basses pressions ainsi Que des con- nexions correspondantes.
L'injecteur représenté sur les figures 5,5a et 5b consiste en un corps 81 comportant une tête d'atomisation 82 dans laquelle est montée une tige 82' entourée d'un ressort
83 Qui sollicite la tête vers la position de fermeture, l'ex- trémité épanouie ou partie terminale de ladite tête s'enga- geant dans l'orifice ou gicleur 84 de profil correspondant.
Un chapeau 85 est vissé à l'arrière du corps 81 et, entre ce chapeau et une collerette ménagée sur le corps de l'injecteur, se trouve une pièce de raccordement 86 taraudée en 87 et dans laauelle vient s'adapter l'un des tubes d'alimentation 79.
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Le combustible arrive dans la chambre 88 par les orifices 89 et pour les basses pressions passe à travers des canaux 90 pratiqués dans la tête d'atomisation, voir figure 5b, tangentiellement à, une cavité centrale 91 dans laauelle se trouve un organe 92 où est prévu un petit orifice de décharge à basse pression 93. L'action du ressort 83 sur la tige 82' est réglée par un écrou 94 et le contre-écrou 95. La disposition tangentielle des canaux 90 communique au jet sortant par l'orifice à basse pression sous un angle déterminé par les sections relatives des passages 90 et 93 un mouvement tourbillonnaire.
La tension du ressort 83 peut être réglée de façon nue pour une faible pression déterminée la tête 82 reste appliquée sur son siège et que la décharge de combustible se produise à travers les canaux 90 et l'orifice à basse pression 93 ;mais lorsque la pression augmente, la déchprge a lieu principalement par l'orifice à haute pression 84 avec une décharge supplémentaire par l'orifice 93, le jet à haute pession produisant un brouillard contenu à l'inté- rieur d'un cône dont l'angle au sommet est déterminé par l'angle de la. tête coniaue 82.
Ainsi, aux basses pressions de combustible, lorsaue la pression de l'air a également sa valeur minimum, la vitesse d'écoulement du comoustible est accrue parle passage à travers les canaux 90 etle gicleur 93 tandis que pour les pressions supérieures, l'action de l'orifice de décharge en forme de cône est prépondérante, produisant un jet bien diffusé dans toutes les directions.
Comme les têtes d'atomisation sont réglables, on peut réaliser une synchronisation précise de tout un jeu de gicleurs de brûleurs.
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Afin d'aider à la compréhension du mode de fonctionnement, on exposera ce qui suit :
Quand un compresseur centrifuge est relié à une turbine à gaz entrainée par l'énergie résultant de la détente des gaz produits dans une chambre de combustion, ou brûleur, dans laquelle l'air est comprimé et que ce compressuer est entraîné en synchronisme' -avec ladite turbine, il existe certaines relations fondamentales. Ainsi pour une densité donnée de l'air entrant, le poids de l'air oui s'écoule varie approximativement comme le nombre de tours/minute, la pression de compression varie approximativement comme le carré du nombre de tours/minute, et la puissance reauise pour la compression et l'écoulement de l'air varie approximativement comme le cube du nombre de tours/minute.
Quand la puissance est contrôlée par le réglage du débit du combustible, la valeur de celui-oi varie approximativement comme le cube du nombre de tours/minute ; en d'autres termes, pour un débit de combustible déterminé, la vitesse de la turbine augmente,ou diminue jusqu'à ce que la vitesse correspondant au débit choisi soit obtenue. Des considérations sensiblement analogues se présentent lorsq'une turbine à gaz entraine une hélice d'aérodyne et que le brûleur de la turbine reçoit l'air entrant par un orifice frontal.
Le contrôle de la puissance par le réglage du combustible est relativement simple mais certaines limitations doivent néanmoins être observées. Ainsi, la vitesse du système rotatif constitué par la turbine et le compresseur ne doit pas excéder une valeur pour laquelle il s'ensuivrait des efforts centrifuges exagérés et des avaries. Le mélange combustible doit être maintenu à une richesse pour laquelle la température résultant de la flamme n'endommage pas les aubages de la tur-
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bine et les parties qui se trouvent sur le parcours des gaz dilatés chauds. Inversement, la richesse ne doit pas être réduite à tel point qu'il ne puisse y avoir propagation de la flamme et par suite non-fonctionnement du. brûleur.
Le mode de fonctionnement du système d'alimentation en combustible et de contrôle de la, puissance décrit ici va maintenant être exposé. le moteur ou source de puissance peut être démarré d'une façon appropriée quelconque, par exemple au moyen d'un moteur électriaue ayant une liaison cinématique appropriée avec l'arbre principal pour mettre le brûleur en action et amener la turbine à, une vitesse ouù elle peut accérer sans secours extérieur.
Le système de dosage est généralement plein de combustible, mais si l'on suppose qu'il est vide, la différence de pression qui s'exerce sur les diaphragmes 15 et 16 est nulle et quand la pompe à, combustible II démarre, les chambres D, C et A se remplissent successivement dons l'ordre indiqué ; le combustible passe également dans le conduit 39 et la nourrice 80, arrive aux injecteurs respectifs 66, puis dans le brûleur. Pour les puissances de ralenti, la différence de pression qui s'exerce sur le diaphragme 15 est minimum et la pression de décharge est donc telle que juste assez de combustible soit délivré pour maintenir la propagation de la flamme dans le brûleur.
La charge initiale du combustible peut être enflammée par un circuit d'allumage, une flamme pilote ou par tout autre procédé approprié.
La pompe centrifuge 54 fonctionne à une vitesse déterminée par rapport à celle de la turbine et du compresseur, et par suite elle produit une différence de pression entre la chambre C et la chambre périphériaue 52' Qui est sensiblement
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proportionnelle au carré de; la vitesse de la turbine ou du moteur ; et si la pression dans la chambre A est égale à celle régnant en 52', la différence des pressions entre les chambres A et C, qui est appliquée au diaphragme 16, agit sur la soupape 14 de façon telle que la différence des pressions entre les chambres et C est sensiblement proportionnelle au carré de la vitesse du moteur.
Les diaphragmes 15 et 16 sont, de préférence, d'égale surface effective, la pression dansla chambre C sera donc équilibrée par les pressions dans les chambres D et A, et toute variation de pression'dans la chambre A fera varier la différence de pression qui s'exerce sur ces diaphragmes et de ce fait fera croitre ou décroitre la perte de charge à travers l'orifice de la soupape 14. Si la pression dans la chambre A augmente, la soupape 14 se déplace dans le sens de l'ouverture, ce qui augmente le débit de combustible, et su cettepression diminue, la soupape se déplace dans le sens de le, fermeture, ce qui réduit l'écoulement de combustible.
La différence de pression entre les chambres D et C est appliquée à l'orifice de dosage 26 et comme cette diffé- rence est proportionnelle au carré de la vitesse du moteur, la vitesse d'écoulement à travers cet orifice est proportionnelle à la racine carré de cette différence, c'est-à-dire à la vitesse.
On peut faire varier la section de l'orifice de dosage 26, grâce au pointeau 27 dont la position est déterminée par la différence des pressions s'exerçant sur le diaphragme 28 ; comme cette différence est proportionnelle à celle qui existe engre les chambres 7) et C, c'est-à-dire à celle qui
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agit sur le diaphragme 15, la position du pointeau et par conséquent la section de l'orifice et le débit du combustible spnt des fonctions de la vitesse du moteur. En profilant d'une façon appropriée le pointeau 27, le débit à. travers l'orifice 26 peut être rendu proportionnel au cube de la vitesse du moteur ou de la turbine, et en fait le pointeau peut être profilé de façon à obtenir tout autre type de courbe de débit en fonction de la vitesse.
De préférence. son profil est tel qu'on obtienne une courbe pour laquelle le débit est proportionnel au cube de la vitesse du moteur.
Pour accélérer le màteur. ou en d'autres termes, pour accroitre la vitesse de la turbine, et par suite la puissance de propulsion de la tuyère de réaction de l'aérodyne, on déplace le levier de commande dans le sens correspondant à la compression du ressort 65 et au déplacement vers le haut du manchon 57 en regardant la figure 2, ce qui a, pour effet un déplacement vers le bas du tôroir 48 et la fermeture ou la réduction de la section de l'orifice 43. Il en résulte un accroissement de la pression dans la chambre A et par conséauent en D, ce qui accroît la, hauteur de charge et le débit de combustible admis au brûleur.
Quand la vitesse de le. turbine atteint une valeur suffisante pour que l'effort exercé par les masses 56a équilibre l'action du ressort 65 pour la nouvelle position de réglage, le tiroir 48 se déplace vers le haut et découvre l'orifice 43. Toute tendance de la turbine à s'écarter d'une vitesse donnée correspondant à. une position de réglage déterminée du ressort 65 et, par conséquent, du levier de commande de la puissance, entraine une correction immédiate par l'intermédiaire du tiroir 48.
Pour ralentir, le levier de contrôle de la puissance est déplacé dans le sens pour lequel la, compression du ressort 65 est réduite, le manchon 57 se déplace donc vers le bas, le
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tiroir 48 vers le haut, ce qui découvre l'orifice 44 ; la pression dans la chambre A est donc réduite, ce qui diminue la différence de pression de contrôle, et le débit du combustible est trop faible pour fournir la puissance requise pour faire tourner le moteur dans les conditions du réglage précédent ;
la vitesse est donc réduite jusqu'à ce que l'action des masses du régulateur équilibre le nouveau réglage du ressort et que le tiroir 48 se déplace vers le bas en obturant l'orifice 44. n On remarquera que tandis que toute modification de la surface totale des orifices 42, 43 et 44 réduit la valeur de la pertede charge à travers l'orifice de la soupape 14, la différence de pression entre les chambres A et C reste une font ction du carré de la vitesse de la pompe 54 et par conséquent de la vitesse de la turbine ou du moteur.En choisissant des sections déterminées pour les orifices 42,43,44 et 53, on peut obtenir des courbes de débit du combustible déterminées, et convenablement établies par rapport au débit d'air,
pour les accélérations et les ralentissements afin de définir ine limite supérieure de la température de la flamme et de la vitesse
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et une limite inférieure d'appauvrissement,indépendemnent de la vitesse avec laquellele levier de contrôle de la puissance est manoeuvré.
Sur la figure 6,on a représenté schématiquement les caractéristiques des débits d'air et de combustible d'un moteu: à réaction équipé d'un système d'alimentation en combustible et de contrôle de puissance suivant la présente invention. La courbe supérieure E représente le poids d'air/refoule par le com -presseur à une certaine altitude (par exemple pour la pression barométrique et la température au niveau de la mer)pour une marge de vitesses comprises entre 0 à 10.000 t/m.On peut con-
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sidérer que cette courbe est fixe,l'air qui est pompé à une altitude donnée étant bien déterminé pour chatue vitesse du moteur.La courbe F représentele poids horaire de combustible
Qui est nécessaire pour faire marcher le moteur à différentes vitesses.
Cette courbe est aussi une caractéristique du moteur, et le choix d'un débit donné de combustible entraine l'accélé- ration ou le ralentissement du moteur jusqu'à ce que la vitesse correspondant à, ce débit soit atteinte, le débit d'air admis dans le moteur étant déterminé de façon correspondante. Pour touute opération normale à vitesse constante la consom/ation d'air est très supérieure à celle qui est nécessaire pour pro- duire la combustion du combustible fourni et la température des gaz brûlés suit le taux de l'alimentation en combustible.
La courbe G représente la caractéristique de dosage du système de contrôle de la, figure 2, en fonction de la, vi- tesse du moteur, quand le tiroir 48 est dans une position suf- fisamment basse pour fermer les orifices 43 et 44. Cette courbe peut être désignée par l'expression " courbe d'accélération " puisqu'elle réalise,pour toute la gamme des vitesses,une carac- téristique de débit de combustible légèrement supérieure à celle qui correspond au débit assurant le fonctionnement de ré- gime du moteur et détermine par suite une accélération de celui- ci. Dans ces conditions de fonctionnement, le débit de combus- tible admis au brûleur est astreint par le régulateur à suivre la courbe G.
Ceci empêche le mélange de devenir trop riche à, une vitesse quelconque, condition qui augmenterait beaucoup la température des gaz passant dans les aubages de la turbine du fait de l'insuffisance du débit d'air pendant la, période d'accé- lération qui suit la brusque augmentation du débit de combusti- ble .
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La courbe H représente les caractéristiques du système de commande de la figure I en fonction de la vitesse du moteur lorsque le tiroir 48 est suffisamment ha.ut pour ouvrir les orifices 43 et 44. Cette courbe, pour des raisons de commodité, peut être désignée par l'expression " courbe de décélération " puisqu'elle réalise pour toute la gamme des vitesses une caractéristique de débit de combustible légèrement au-dessous de celle correspondant au fonctionnement de régime du moteur et détermine, par conséquent, le ralen- tissement du moteur. Dans ces conditions de fonctionnement, le débit de combustible admis au brûleur est astreint, par le régulateur, à suivre la courbe H.
Ceci empêche le mélange de devenir trop pauvre pour maintenir la propagation de la flamme au cours du ralentissement, comme cela se produit durant le ralentissement de la turbine qui suit la brusque réduction du débit de combustible.
Pendant le fonctionnement de régime, le régulateur 56 amène le tiroir 44 dans une position intermédiaire entre celle pour laquelle les orifices 43 et 44 sont fermés et celle pour laquelle ces orifices sont ouverts et détermine ainsi le débit de combustible pour réaliser ce fonctionnement.
Afin de mieux illustrer les avantages qui résultent d'une accélération et d'un ralentissement contrôlés, on fera une comparaison avec un système dans lequel l'alimentation en combustible n'est réglée que par un pointeau ou un organe d'étranglement actionné par l'opérateur. Avec un tel type de contrôle, si le moteur fonctionne à un régime constant de 4000 t/m, le débit du combustible correspond au point r et celui de l'air au point s.
Si l'on déplace maintenant le pointeau pour obtenir un débit de combustible correspondant au fonctionnement à 9000 t/m, le débit de combustible augmente immédiatement pour prendre la valeur représentée par le point t et reste constant
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tant que le moteur accélère, ,jusqu'à, ce que le fonctionnement soit représenté par le point figuratif u . la vitesse du moteur augmentant, le débit d'air décrit la courbe E de .!:!. à v.
Durant cette période, l'excès d'air mélangé aux produits de la combustion dans la chambre de combustion est très faible, en sorte que la température des gaz qui atteignent les aubages de la turbine 8 est supérieure à la limite maximum de sécurité et que ces aubages se corrodent.
D'autre part, si le moteur fonctionne dans des condi- tions figurées par le point u et qu'on ferme le pointeau du combustible afin de ralentir et de venir en r, le débit du combustible diminue presqu'instantanément pour venir en w mais le grand débit d'air est maintenu jusqu'à, ce que l'inertie et le frottement permettent le ralentissement du moteur. Ainsi, le mélange est extrêmement pauvre et il est à présumer que la flamme du brûleur s'éteindra.
Avec le type de système d'alimentation en combustible et de contrôle de puissance décrit ici, l'alimentation en combustible est réglée en fonction de la vitesse et comme le poids d'air varie avec la vitesse, cette alimentation n'est jamais supérieure ou inférieure à la valeur correspondant au fonctionnement de régime que d'une quantité déterminée, en sorte que le mélange combustible/air ne peut devenir ni excessivement riche, ni excessivement pauvre. Ainsi, si au cours du fonctionnement à 4000 t/m le levier 62 est déplacé vers la droite pour venir dans la position correspondant à 9000 t/m., le ressort 65 est comprimé ce qui fait tourner le levier 58 dans le sans inverse des aiguilles d'une montre et déplace le tiroir 48 vers le bas pour fermer les orifices 45 et 44.
Le point figuratif r du débit de combustible se déplace vers le haut pour
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venir sur la courbe G puis, quand le moteur accélère, le long de la courbe G. Le moteur approchant de la vitesse de 9000 t/m, l'action des masses 56a du régulateur commence à dépasser l'action du ressort 65. Le tiroir 48 se déplace progressivement vers le haut, découvrant une fraction suffisante des orifices 43 et 44 pour réduire le débit de la courbe G au point u lorsque la vitesse de 9000 t/m est atteinte.
Si le levier 62 est alors ramené à la position correspondant à 4000 t/m, l'action réduite du. ressort 65 permet aux masses du régulateur de s'écarter vers l'extérieur en dépla- çant le tiroir 48 vers le haut pour découvrir les orifices 43 et 44. Ceci réduit le débit du combustible du point u à un point juste au-dessous de lui sur la courbe H après quoi le point figuratif du débit de combustible se déplace sur la courbe H au fur et à mesure du ralentissement du moteur.
Quand on approche de la vitesse de 4000 t/m, les masses 56a s'abaissent, déplaçant le tiroir 48 vers le bas et obturant une fraction suffisante des orifices 44 et 43 pour oue l'on arrive au débit de combustible figuré au point r quand la vitesse de 4000 t/m est atteinte. Il est évident qu'un peut utiliser un seul orifice au lieu des orifices 43 et 44.
De ce qui précède, il résulte que le dispositif de contrôle suivant l'invention permet d'obtenir pour l'accélé- . ration et pour le ralentissement des courbes de débit de combustible en fonction de la vitesse, qui encadrent la courbe caractéristique propre à la source de puissance et fixant le débit de combustible en fonction de la vitesse pour assurer le fonctionnement de régime, ce contrôle comportant un dispositif régi par la vitesse et/ou une commande à main pour fixer soit la courbe d'accélération soit celle de ralentissement,
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soit encore toute condition intermédiaire de débit de combustible, afin de réaliser l'accélération ou la décélération aussi bien que le fonctionnement de régime.
Comme dans le dispositif objet de l'invention, la différence de pression de part et d'autre de l'orifice 26 est définie et contrôle la section de l'orifice en fonction de la vitesse, toute caractéristique voulue du débit de combustible en fonction de la vitesse peut être obtenue pour les courbes d'accélération et de ralentissement. Elles peuvent, par exemple, être telles que le débit varie comme le carré, le cube ou tout autre puissance de la vitesse ou encore suivent une fonction irrégulière. Ainsi les conditions optima du rapport combustible/air pour obtenir la meilleure accélération et la meilleure décélération peuvent être choisies pour toute source de puissance ayant, lors du fonctionnement me régime, une carac- téristique déterminée débit de combustible/vitesse.
On rema,rauera Que le régulateur ne doit fonctionner aue dans une marge relativement faible de vitesse, ce Qui permet de le rendre plus sensible et précis pour jouer son rôle Que dans le cas où un régulateur est astreint à fonctionner dans une large marge de vitesses.
Si l'ensemble est utilisé sur un moteur ou source de puissance dans leauel la densité de l'air varie, le débit du combustible devient aussi une fonction du poids de l'air.
Dans la position de la capsule représentée sur la figure 2, on suppose aue la densité est celle Qui existe au niveau de la mer, l'orifice 35 étant réduit en sorte que l'orifice 38' a le rôle majeur. Toutefois, Quand la densité de l'air diminue et aue la capsule s'allonge, l'orifice 35 s'élargit et le rôle de l'orifice 38 diminue, en sorte aue la pression dans
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la chambre 30 augmente et que la différence de pression qui s'exerce sur le diaphragme 28 diminue ce qui réduit la sec- tion de l'orifice 26 et appauvrit le mélange. En choisissant convenablement la section de l'orifice 38' et le profil du tiroir SI, on peut obtenir toute relation voulue entre le dé- bit de combustible et la variation de la densité de l'air.
L'un des brûleurs ou chambres de combustion 7a qui constitue une partie du générateur 7 est représenté en coupe sur la figure S. Il comprend une paroi cylindrique externe indiquée en 7a sur la figure I et dans laquelle sont ménagés plusieurs orifices d'entrée d'air 100 A l'intérieur de cette paroi externe se trouve un cylindre plus court 101 comportant uhe paroi conique 102 dans laquelle sont ménagés des orifices calibrés d'entrée d'air 103; et à l'intérieur du cylindre 101 se trouve un troisième cylindre encore plus court 104 présentant une paroi terminale 105 dans laquelle sont également ménagés de s orifices d'entrée d'air 106.
L'extrémité de la chambre de com- bustion qui reçoit l'impact de l'air comporte une paroi 107 dan ss laquelle sont ménagés des orifices d'entrée d'air calibrés 108,
109 et 110 disposés suivant des circonférences, et dont la sec- tion est d'autant plus faible qu'on se rapproche davantage du centre de cette paroi 107, lesdits orifices s'ouvrant dans des chambres d'égalisation de pression 108', 109' et 110' définies par les cylindres 101, 104, le cylindre principal 7a, les parois terminales 103, 105 et une paroi centrale III dans laquelle sont, ménagés des orifices d'entrée d'air calibrés II2.
Un organe d'allumage 113 qui peut être du type à étincelles électriques alimenté en courant par une source appropriée, non représentée, fait saillie dans le cylindre du brûleur près de l'extrémité de l'injecteur.
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Une chambre de combustion ainsi construite coopère avec le dispositif de dosage de combustible et de contrôle de puis- sance pour assurer localement l'obtention d'un rapport combus- tible/air aproprié et la propagation de la flamme pour toute la gamme d'accélérations et de décélérations, et pour permettre les alimentations pauvres en combustible pour les faibles dé- bits d'air et les basses puissances sans risque de mauvais fon- ctionnement du brûleur. A titre d'exemple, on peut désirer en- voyer dans les brûleurs de 550 gr de combustible à l'heure pour les débits d'air minimum et les conditions de faible puis- sances à 12000 gr/heure pour les débits d'air maximum et la ple ine puissance.
Un jet de 550 gr à l'heure produit une flamme fragile oui peut être rapidement éteinte par la brusaue injec- tion d'air au-dessus d'une certaine vitesse,ou par une alimen- tation excessive en air dans la région de la flamme.De même,une certaine puissance étant réalisée, si le levier de contrôle du pilote est brusquement déplacé dans le sens correspondant à un accroissement de puissance, la vitesse de l'air peut être telle] localement ou dans la région de l'injecteur du brûleur, au elle souffle la flamme bien que le système principal de contrôle et de dosage de combustible maintienne un rapport global combusti- ble/air déterminé le long de la courbe d'accélération; une ch- ambre de combustion du type décrit ici empêche cette éventuali- té.
En calibrant de façon appropriée les orifices d'entrée d'- air, la vitesse de l'air pénétrant dans la chambre de combus- peut être réglée tion,/de façon à assurer une propagation convenable et efficace de la flamme pour toutes les vitesses d'écoulement de l'air ou condition de puissance.Ainsi,la vitesse à l'intérieur de la zone centrale, dans la région entourant immédiatement l'injec- teur peut être mpintenue dans une marge allant de 2,75 à 9 mé- tres par seconde.
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Dans la zône intermédiaire, cette vitesse peut être maintenue dans une marge allant de 2,75 à 9 mètres par seconde. Dans la zône intermédiaire, cette vitesse peut être maintenue dans une marge allant'de 5,5 à 18 m/sec. et dans la zône extérieure de 8,25 à 27 m/sec.. La capacité totale d'admission d'air de tous les orifices qui déterminent les zônes respectives devra donner la quantité d'air nécessaire pour assurer dans les conditions de pleine puissance la combustion complète de, par exemple, 12.000 gr. de combustible à l'heure. Les orifices d'air 100 correspondent à des vitesses de l'excès d'air de II à 36 m/sec. pour les vitesses du moteur comprises entre 3.000 et 10.000 t/m.
Par excès d'air, on veut entendre l'air en surplus de la quantité nécessaire pour produire la combustion complète.
Il est important également que l'injecteur assure une diffusion appropriée du jet du combustible atomisé dans les diverses zônes de vitesses. Celui qui est représenté sur les figures 5,5a, 5b fournit un jet comportant une section centraleà basse pression et dont l'angle de divergence augmente au fur et à mesure de l'accroissement du débit et coupe ainsi les couches d'air successives de vitesses étagées, ce qui augmente le rendement de la chambre de combustion.
Afin de diffuser l'air plus efficacement lorsqu'il passe dans la chambre du brûleur, une substance de diffusion telle que de la laine d'acier ou l'équivalent peut être prévue dans les chambres 110', 109' et 108'.
Il est évident que le nombre des zônes peut être augmenté ou diminué pour s'adapter aux conditions d'emploi et pareillement, on peut donner aux orifices de diffusion des contours et des angles de diffusion divers pour doser et diriger l'air d'une manière conduisant à une propagation efficace de la flans
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On remarquera qu'on ne s'est pas proposé ici de définir toutes les caractéristiques de dosage dont est capable de dispositif d'alimentation en combustible et de contrôle,et il est évident également que les dessins ne sont donnés qu'à titre d'indication,des modifications à la à, disposition et la construction des éléments étant nécessaires dans la pratique pour adapter le dispositif aux diverses installations.