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La présente invention est relative à un système nouveau ou per- fectionné de contrôle du combustible pour le démarrage de moteurs à com- bustion interne et de turbines à gaz.
En pratique, pour le démarrage de moteurs à combustion interne et de turbines à gaz, qui marchent normalement avec ce qu'on appelle des ttcombustibles de sécurité", il est particulièrement avantageux de prévoir un système qui permette à ces combustibles d'être utilisés dans des buts de démarrage.
Si, cependant, le combustible normal est employé (qui est habi- tuellement à base d'hydrocarbure), il est nécessaire de fournir un oxy- dant pour la combustion du combustible. D'une façon générale, un oxydant liquide est indésirable par suite des problèmes de manipulation qu'il en- traîne, et parce qu'une fourniture de l'oxydant liquide est nécessaire chaque fois que le moteur ou la turbine doit être démarrée. C'est pour- quoi, on constatera qu'un oxydant gazeux., tel que de l'air, sera très ap- proprié.
Avec tous les systèmes de combustion faisant usage d'un combus- tible liquide et d'un oxydant soit liquide, soit gazeux, il est essentiel, cependant, dans un but de sécurité, de prévoir une disposition pour que l'oxydant soit fourni à la chambre de combustion avant le combustible pen- dant le démarrage, et que l'alimentation en combustible soit interrompue avant celle de l'oxydant lorsque le moteur ou la turbine est coupée.
Dans le système selon cette invention, un système de combusti- blé liquide pour démarreurs de turbine, comprend un circuit électrique @ contenant un commutateur à temps commandé électriquement et une unité d' allumage, des moyens pour fournir de l'air sous pression à une chambre de combustion et des moyens pour fournir du combustible liquide à ladite chambre de combustion, un dispositif sensible à la pression disposé dans l'alimentation d'air et un second dispositif sensible à la pression in- corporé dans l'alimentation de combustible liquide, respectivement, le dispositif sensible à la pression prévu dans l'alimentation d'air étant conçu pour fermer une paire de contacts dans ledit circuit pour action- ner l'unité.
d'allumage, le second dispositif sensible à la pression ser- vant de dispositif de sûreté, qui, dans des conditions normales, est des.. tiné à fermer une paire de contacts pour fermer le circuit,
L'alimentation en combustible peut être fournie à partir d'une pompe à combustible ou à partir d'un réservoir sous pression, où la pres- sion d'alimentation disponible dans la conduite d'alimentation d'oxydant, lors de 'ouverture de la soupape de commande, est utilisée pour obtenir la pres@ion requise pour injecter le combustible dans la chambre de com- bustion.
L'allumage du mélange combustible produit dans la chambre de combustion, peut être obtenu par une bougie d'allumage connectée à un système d'allumage classique et mise en circuit par un commutateur ac- tionné par le mouvement du dispositif sensible à la pression placé dans la conduite d'alimentation d'oxydant, ou par un dispositif de commande à temps qui lance l'allumage juste avant l'injection du combustible li- quide.
Le second dispositif sensible à la pression est incorporé dans la conduite d'alimentation de combustible, entre la soupape de commande et la chambre de combustion dans le cas où on utilise une pompe à combus- tible, et, dans le système employant un réservoir sous pression, il est relié directement à la chambre de combustion. Ge dispositif est accouplé à une unité de contrôle de séquence (qui contrôle la séquence de fonc- tionnement de différentes unités,basée sur le temps), pour fournir un dispositif de sûreté pour couper le système en cas de non-allumage et pour assurer que les alimentations en combustible et en oxydant soient poursuivies jusqu'à obtention d'un allumage satisfaisant.
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Lors de l'achèvement de la période de marche requise, le s@stè- me entier est coupé au moyen d'un dispositif de commande principal, qui peut être réalisé à être sensible soit à la vitesse, soit au temps, soit à la température et qui peut être préréglé.
Et du fait que l'oxydant est gazeux, et par conséquent compres- sible, en choisissant une capacité convenable pour les conduites d'ali- mentation d'oxydant, on peut assurer la continuation de l'alimentation de l'oxydant pendant la période requise après que le système a été coupé,, ce qui donne ainsi la précaution de sécurité requise.
L'intention sera maintenant décrite avec référence au dessin ci-annexé, dans' lequel : la figure 1 est une représentation schématique d'un mode de ré- alisation de l'invention, et la figure 2 est une vue similaire d'un mode de réalisation.
Si l'on se reporte à la figure 1., on voit que de l'air est four- ni à partir d'une bonbonne d'air 1 dont la pression est maintenue par un compresseur 2. La sortie de la bonbonne d'air 1 est reliée à la chambre de combustion 3 d'une ,turbine par une conduite d'alimentation d'air 4.
Un clapet de retenue la est disposé entre le compresseur 2 et la bonbon- ne d'air 1.
La conduite d'alimentation d'air 4 est muhie d'une soupape com- mandée par solénoïde 5, qui est normalement fermée pour empêcher le pas- sage de l'air vors la chambre de combustion 3. Lorsque le solénoïde est excité, la soupape 5 est ouverte et permet à l'air de passer par la con- duite d'alimentation d'air 4 vers la chambre de combustion 3. L'air ve- nant de la bonbonne 1 passe par une soupape d'écoulement ou de pression 6 qui contrôle la quantité ou la pression d'air le long de la conduite d'alimentation 4.
L'air, dans son passage vers la chambre de combustion 3, passe par un clapet de retenue 7 et, ensuite, par un orifice ou un autre étran- glement 8 formé à l'intérieur de l'alésage de la conduite d'alimentation d'air 4, l'étranglement 8 étant, de préférence, placé aussi près que pos- sible du point d'entrée de l'air dans la chambre de combustion 3, pour créer une augmentation de la pression de l'air en amont de cet étrangle- ment 8.
L'augmentation de la pression d'air est utilisée pour actionner un commutateur à pression 9 qui est situé dans la conduite d'air 4, en- tre la soupape à solénolde 5 et l'étranglement 8.
Le commutateur à pression 9 est muni de contacts qui sont connec- tés dans le circuit à'une autre soupape commandée par solénolde, la sou- pape d'alimentation de combustible 10, qui commande l'alimentation en combustible liquide vers la chambre de combustion 3. Lorsque le commuta- teur à pression 9 est actionné, ce qui résulte de l'augmentation de la pression d'air dans la conduite d'alimentation d'air 4, les contacts du commutateur à pression sont fermés, en fermant ainsi le circuit al- lant au solénoide de la soupape d'alimentation de combustible 10,avec pour résultat d'ouvrir la soupape pour permettre au combustible liquide de passer dans la chambre de combustion 3.
Le combustible liquide est contenu dans un réservoir d'emmagasi- nage 11 dont la sortie est reliée, à l'intervention d'un filtre 12, au coté admission d'une pompe à combustible 13, actionnée électriquement, le sortie de la pompe étant reliée par une conduite d'alimentation de combustible contenant le régulateur d'écoulement de combustible de la soupape d'alimentation de combustible 10, à la chambre de combustion 3 du moteur.
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Les contacts du commutateur à pression 9 sont également branchés dans le circuit du moteur électrique 14 de la pompe à combustible 13, de sorte que la pompe est actionnée uniquement lorsque ces contacts sont fer- més par suite de l'augmentation de la pression d'air dans la conduite d'alimentation d'air 4.
Les différents circuits électriques dont question ci-dessus, sont reliés à la source d'alimentation de courant par un commutateur de contrôle de vitesse 15 de démarrage de la turbine, qui est monté en série avec deux paires de contacts 16 et 17, qui font partie d'une unité de com- mutation à temps "A", la première paire de contacts étant normalement ouverte tandis que la seconde paire de contacts est normalement fermée lorsque le moteur est coupé.
En vue du démarrage le commutateur 15 de contrôle de vitesse de démarrage de la turbine, est fermé pour connecter les contacts 16 et 17 en série avec lui et avec la source d'alimentation de courant, le aom- mutateur à temps 18 étant également relié en circuit par actionnement d'un interrupteur à bouton-poussoir 19. L'excitation du commutateur à temps 18 effectue la fermeture des contacts 16 d'où il résulte que tous les cir- cuits sont alors forcés de prendre du courant à la sourpe d'alimentation.
Le commutateur à temps 18 est disposé de telle manière que, lors- que le moteur tourne dans des conditions normales, les contacts 17 sont ouverts les différents circuits étant alors reliés à la source d'alimen- tation par l'intermédiaire des contacts d'un commutateur commandé indépen- damment du commutateur à temps et d'une manière décrite ci-après.
Comme on l'a défini ci-dessus,lorsque des conditions de marche normale ont été atteintesles circuits du moteur électrique 14 de la pom- pe à combustible 13, du solénoide de la soupape d'alimentation d'air 5, et du solénolde de la soupape d'alimentation de combustible 10, sont mainte- nus excités indépendamment de la position des contacts 17 du commutateur à temps.
Dans ce buts les circuits susmentionnés sont reliés à la source de courant à l'intervention des contacts d'un commutateur à haute pres- sion 20,dont le plongeur est déplacé pour fermer les contacts associés sous l'effet de l'élévation de la pression du combustible, créée par l'é- lévation de la pression dans la chambre de combustion 3, lorsque le com- bustible est allumé.
Le combustible dans la chambre de combustion 3 est allumé par une bougie d'allumage 21 le circuit d'allumage étant fermé, lors du dé- marrage, par les contacts du commutateur à pression 9 précité, actionné par l'augmentation de pression de l'alimentation d'air 4.
Lorsque la turbine est coupée normalement, ce qui est effectué par l'ouverture des contacts du commutateur 15 de contrôle de vitesse de démarrage de la turbine, lorsque la turbine atteint une vitesse prédéter- minée, l'alimentation en courant est interrompue avec ce résultat que le moteur 14 de la pompe à combustible et le solènoide de la soupape d'ali- mentation de combustible 10 sont désexcités et que la soupape se ferme pour interrompre l'alimentation du combustible à la chambre de combustion 3, le combustible délivré par la pompe 13 pendant le désamorçage du moteur de pompe 14, étant ramené au réservoir d'emmagasinage il par l'intermé- diaire de la soupape de dérivation à solénoide 10, qui est ouverte lors- que la soupape d'alimentation du combustible est fermée.
Simultanément à ce qui se passe ci-dessus, l'unité d'allumage 22 est déconnectée et le solénoide de la soupape d'alimentation d'air 5 est des excité, de sorte que cette soupape se ferme pour interrompre l'a- limentation en air allant de la bonbonne d'air 1 à la chambre:de combus- tion 3.
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L'air présent dans le tuyau d'alimentation d'air 4 cependant, à la différence du combustible, est un milieu compressible et, par consé- quent, après fermeture de la soupape à solénoide le., un certain temps s'é- coulera durant lequel de l'air sera encore délivré à la chambre de combus- tion 3, tandis que la pression dans la conduite a'air 4 tombe de la pres- sion d'alimentation normale jusqu'à la pression de la chambre de combus- tion..C'est cette caractéristique qui permet àe maintenir l'écoulement d'air après que le combustible a été coupé, et de satisfaire ainsi aux exigences de sécurité fondamentales.
Ce décalage dans le temps peut être modifié pour s'adapter aux exigences individuelles, en changeant la ca- pacité volumétriques du système d'alimentation d'air soit en augmentant la dimension ou la longueur des tuyaux, soit en y introduisant un accumu- lateur.
Dans le cas d'un non-allumage du mélange combustible/air présent dans la chambre de combustion 3, il n'y aura pas alors d'élévation de pres- sion dans la chambre de combustion 3 et, en conséquence, la soupape à pis- ton 20 du commutateur à haute pression ne fonctionnera pas, ce qui aura pour résultat que les contacts de ce commutateur resteront ouverts et que les circuits de la pompe à combustible, des soupapes à combustible. et à air, et de l'unité d'allumage ne seront pas fermés. Ainsi, si les con- tacts 17 du commutateur à temps sont conçus pour s'ouvrir peu de temps après que les contacts 16 se sont fermés, on pourra observer que, si pen- dant cet intervalle, les contacts du commutateur à haute pression 20 ne se sont pas fermés, le système entier est alors coupé d'une manière si- milaire à celle obtenue dans des conditions d'interruption normales.
A la fois dans des conditions normales et dans des conditions imprévues, le commutateur à pression 9, monté dans la conduite d'alimen- tation d'air, retournera dans sa position originale, et, dans le cas d'in- terruption normale, le commutateur à haute pression 20 retournera égale- ment dans sa position originale, en préparant ainsi le système tout en- tier pour un nouveau cycle d'opérationslorsque l'unité de commutateur à temps aura replacé les première et seconde paires de contacts dans leurs positions normales.
Dans le cas où l'air se trouvant dans la bonbonne d'air tombe à une pression qui est trop basse pour un fonctionnement satisfaisant du système, le commutateur à pression 9 retournera alors dans la position de non-fonctionnement et ouvrira ainsi les contacts associés avec pour ré- sultat de couper le système tout entier. Comme variante à ceci, il peut être désirable de placer un commutateur à pression supplémentaire, relié directement à la bonbonne d'air 1 et ayant ses contacts en série avec ceux du commutateur de contrôle de la vitesse du moteur. Avec cette dis- position, il sera impossible de démarrer le système si la pression d'air dans la bonbonne 1 tombe en dessous d'une valeur critique prédéterminée.
On sera également assuré d'avoir suffisamment d'air dans la bonbonne d'air avant le commencement du cycle de démarrage, pour produire un dé- marrage satisfaisant.
D'une manière similaire,si la pression de la chambre à combus- tion tombe en dessous d'une valeur prédéterminée, la pression régnant dans la conduite d'alimentation tombera alors de façon correspondante et fera ainsi retourner le commutateur à haute pression 20 dans- sa position originale, en ouvrant ainsi les contacts y associés et en coupant le sys- tème.
De préférence, un clapet d'excès de pression 23 est monté égale- ment sur le côté sortie de la pompe à combustible 14 pour protéger l'équi- pement dans le cas où il se développe une pression excessivement élevée, et est disposé pour permettre l'écoulement dans la conduite àe dérivation allant au réservoir d'emmagasinage àe combustible 11.
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Si\L'on se reporte à la figure 2, on y voit une variante du sys- tème décrit précédemment, où la pompe à combustible est supprimée,, le com- bustible étant fourni à partir d'un réservoir sous pression 24.
L'air est délivré par une bonbonne d'air 1 dont la pression est maintenue par un compresseur 2, comme on l'a décrit ici avec référence à la figure 1.
Ceci peut être effectué d'une manière simple en incorporant le réservoir d'emmagasinage de combustible 24 dans la conduite d'alimentation d'air 4 allant à la chambre de combustion 26. Lorsque la soupape d'ali- mentation d'air est ouvertes le réservoir d'emmagasinage de combustible 24 est mis sous pression par l'élévation de la pression de la conduite d'a- limentation d'air 4, due à l'étranglement placé à l'extrémité de la cham- bre de combustion. Puisque la pression d'alimentation d'air est réglée par la soupape régulatrice 6, l'écoulement de combustible peut alors être con- trôlé par les pulvérisateurs de combustible dans la chambre de combustion 26, en permettant ainsi d'éliminer un régulateur de pression ou d'écoule- ment de combustible.
F" utilisant ce système,,on peut également, selon l'invention, supprimer le clapet d'excès de pression et la conduite de dérivation de combustible retournant au réservoir, vu qu'il ne sera pas nécessaire de pourvoir au désamorçage de la pompe, mais une soupape à so- lénoïde 28 sera encore utilisée pour contrôler l'écoulement de combusti- ble, et le commutateur de sûreté à haute pression 20 pour commander le circuit électrique.
Il peut aussi être nécessaire de prendre des dispositions pour que le clapet de retenue 29, se trouvant dans la conduite d'alimentation d'air 4. soit placé tout près du tuyau de sortie d'air venant du réser- voir de combustible 24, ou bien, suivant une variante, de prévoir un au- tre clapet de retenue dans cette position et de prévoir un clapet simi- laire 7, adjacent à l'entrée du tuyau d'air pénétrant dans le réservoir de combustible 24, afin d'empêcher le combustible de descendre dans le tuyau d'alimentation d'air dans le cas où le réservoir est basculé ou sou- levé par rapport à sa position normale.
Suivant une variante, le combus- tible peut être contenu dans une ±boche ou ballon flexible, à l'intérieur du réservoir sous pression., pour empêcher un contact direct de l'air et du combustible.
La disposition et le fonctionnement des parties désignées par 5, 6; 9, A,16, 17, 18, 19, et 22 sont pratiquement les mêmes que ceux décrits ici avec référence à la figure-1., la soupape à pression 27 contr6lant l'a- limentation de combustible liquide, et la soupape 6 l'alimentation d'air.
Cette variante de système fonctionne de la même manière que ce qui a été décrit précédemment,, mais présente l'avantage que la consomma- tion de courant est considérablement réduite, vu que, dans ladite première disposition décrite, la majorité du courant est consommée par le moteur de la pompe à combustible.
Un autre variante de Système consiste à utiliser de l'oxygène ga- zeux emmagasiné sous pression, à la place d'air. Ceci permet de supprimer le compresseur mais, sous tous les autres rapports., le système sera le même que décrit précédemment.