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La présente invention se rapporte aux dispositifs de commande pour moteurs à.turbine à gaz pour appareils d'aviation; du genre comportant un ensemble turbine-compresseur et une turbine séparée, génératrice de puissance utilisable. Par exemple, dans un moteur "turbo-propulseur" la turbine génératrice de puissance entraîne une hélice, tandis que dans le cas d'Un hélicoptère, elle entraîne le rotor de l'hélicoptère.
Dans un moteur à turbine à gaz il est nécessaire pour obtenir un fonctionnement efficace, de pouvoir régler de façon précise la vitesse de rotation du compresseur. Dans le cas de moteur: dans lesquels une turbine entraîne le compresseur et produit égale- ment une puissance utile, par exemple, un moteur "turbo-propulseur"
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à arbre unique, ce réglage peut être effectué au moyen d'une hélice à vitesse constante et pas variable qui règle automatiquement le pas de l'hélice pour maintenir la vitesse du compresseur constante à une valeur désirée.
Dans le cas de moteurs dans lesquels l'en- semble compresseur-turbine est séparé de la turbine génératrice de puissance, ce réglage de la vitesse du compresseur ne peut s'obte- nir, étant donné qu'il n'y a aucun lien direct entre l'hélice et l'ensemble compresseur-turbine, et la présente invention a pour but de procurer un dispositif de commande simple et efficace pour ces moteurs à turbine à gaz.
Suivant la présente invention, dans un dispositif de commande pour moteur à turbine à gaz comportant un ensemble compres- Beur-turbine séparé de la turbine génératrice de puissance, il y a un levier de commande dont n'importe quel réglage correspond à une vitesse particulière de l'ensemble compresseur-turbine sans tenir compte des variations des conditions de service tendant à modifier cette vitesse, ce levier de commande réglant un dispositif de dosage de l'alimentation.de combustible, et il est prévu des dispositifs de .compensation automatiques sensibles aux variations des conditions de service, apportant des corrections de compensation à l'alimenta- tion de combustible de manière que pour n'importe quel réglage' établi par le levier de commande,
l'alimentation de combustible ainsi dosée et compensée soit supérieure à celle nécessaire pour que l'ensemble compresseur-turbine tourne à une vitesse correspon- dant au réglage du levier de commande, et un dispositif sensible à la vitesse à référence variable dont la référence est modifiée par levier de commande et qui est sensible à une différence entre la vitesse réelle de l'ensemble compresseur-turbine et la vitesse de référence et qui "ajuste" l'alimentation de combustible déjà dosée et compensée (c'est-à-dire opère un réglage supplémentaire de cette alimentation) en réduisant cette différence.
Si le levier de commande dosait simplement l'alimentation de combustible suivant la position dans laquelle il se trouve,
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il ne donnerait pas nécessairement un réglage exact de la vitesse de l'ensemble compresseur-turbine étant donné que les varia- tions des conditions de service, par exemple la température et la pression de l'air à l'admission du compresseur, pourraient faire varier la vitesse. Des dispositifs de compensation automatiques sensibles aux conditions de service variables contribuent largement à la compensation complète de l'alimentation de combustible dosée suivant la position du levier de commande, et maintiennent la vitesse de l'ensemble compresseur-turbine beaucoup plus rapprochée de la valeur désirée que de celle réglée par le levier de commande.
Cependant, une possibilité d'erreur ou de retard subsiste dans le fonctionnement de ces dispositifs, et il peut y avoir d'autres variables, tels que l'effet des fluctua- tions de la vitesse de la turbine génératrice de puissance, pour lesquelles des dispositifs de compensation automatiques ne sont pas prévus mais qui peuvent également a.ffecter la vitesse de l'ensemble compresseur-turbine. En procurant une commande de réglage supplémen- taire de l'alimentation de combustible basée sur les écarts de la -vites-se de l'ensemble compresseur-turbine par rapport à la vitesse requise réglée par le levier de commande, la présente invention assure que la vitesse de l'ensemble compresseur-turbine soit mainte- nue très près de la valeur requise.
Il est évidemment bien connu de commander l'alimentation de combustible d'un moteur au moyen d'un régulateur sensible à la vitesse du moteur, mais dans les dispositifs employés jusqu'à pré- sent, le régulateur règle virtuellement l'entièreté de l'alimenta- tion de combustible. Suivant la présente invention, le dispositif sensible à la vitesse ne fait qu' "ajuster" l'excident de l'alimentation de combustible déjà dosée et compensée par le levier de commande et les dispositifs de compensation automatique. De plus, dans un moteur à turbine pour appareil d'aviation, ces dispositifs de compensation automatiques sont en tout cas nécessaire pour cer- taines conditions de service, lorsque le dispositif sensible à la
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vitesse est inopérant, par exemple au départ.
Le dispositif sensible à la vitesse à référence variable peut "ajuster" de n'importe quelle façon l'alimentation de com- bustible déjà dosée et compensée, et suivant une forme de réalisation de la présente invention, commande une valve qui laisse échapper une partie du combustible dosé et compensé, avant que ce combustible n'arrive aux brûleurs du moteur.
Dans d'autres formes de réalisation, le dispositif sensible à la vitesse peut commander la quantité de combustible à doser et compenser, par exemple en réglant le débit de la pompe d'alimentation de combustible,
Dans une forme de réalisation de l'invention, le levier de commande est relié au dispositif sensible à la vitesse à réfé- rence variable par l'intermédiaire d'un servo-moteur fonctionnant à retardement pour que le taux de changement de la référence dû à un déplacement du levier de commande se conforme au taùx de ' changement de la vitesse du moteur provoqué par ce déplacement.
Si les caractéristiques de réponse des moteurs diffèrent à l'accé- lération et à la décélération, le servo-moteur peut être prévu de manière à provoquer un taux de changement'différent de la référenc pour l'accélération et pour la décélération.
L'invention peut être -réalisée de différentes façons et une forme particulière d'un dispositif de commande suivant l'inven.. tion sera maintenant décrit à titre d'exemple avec référence aux dessins annexés, dans lesquels :
Figure 1 est une vue de côté d'un moteur à turbine à gaz d'un hélicoptère auquel le dispositif de commande suivant l'inven- tion est appliqué; et
Figure 2 est un schéma montrant les parties essentielles du dispositif de commande.
Le moteur à turbine à gaz représenté sur la figure 1, auquel le dispositif de commande suivant la présente invention est appliqué, est monté sur un hélicoptère avec son axe de rota- tion en substance vertical. Le moteur comprend un compresseur à flux axial 10 qui aspire l'air atmosphérique par une admission
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11 à la partie inférieure, comprime: cet air, et le débite dans plusieurs chambres de combustion 12. Des brûleurs 13 'sont prévus dans les chambres de combustion 12, par lesquels le combustible est injecté pour être brûlé dans l'air comprimé. Les gaz chauds de combustion sont ensuite partiellement détendus dans une turbine 14. Cette turbine est reliée par un arbre 15 au compresseur 10 pour l'entraîner, les parties 10, 14 et 15 constituant Pensemble compresseur-turbine.
Les gaz de combustion sont alors à nouveau détendus dans une turbine génératrice de puissance 16, qui n'est pas reliée mécaniquement à l'ensemble compresseur-turbine. La turbine 16 est reliée au rotor 17 de l'hélicoptère par un arbre 18, un démultiplicateur 19 et un arbre 20. Les gaz de combustion .détendus sont déchargés à l'atmosphère par des conduits d'échappe- ment 21.
Les brûleurs sont alimentés de combustible par un disposi- tif de commande du combustible, représenté de façon simplifiée sur la figure 2. Le dispositif de commande du combustible représenté sur la figure 2 ne comporte que les particularités qui sont essentielles à la compréhension de l'invention. Pour des raisons de clarté, vn certain nombre de particularités supplémentaires du dispositif de commande qui sont connues en soi ont été omises. Il. sera fait référence à certaines de ces particularités supplémentaires ci-après.
Dans le dispositif de commande de combu.stible représenté sur la figure 2, du combustible filtré est amené par un conduit 22 à une pompe à combustible 23. La pompe à combustible est entraînée par la turbine du compresseur 14 (voir figure 1) par l'inter- médiaire d'un entraînement auxiliaire qui entraîne l'arbre de pompe 24 à une vitesse de rotation proportionnelle à la vitesse de rotation de l'ensemble compresseur-turbine 14. La pompe 23 est d'un type connu, dont la course peut être réglée au moyen d'une plaque inclinable 25, dont l'inclinaison et, par conséquent, la course des pistons de la pompe et le débit de la pompe peuvent
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être réglés au moyen d'un servo-moteur hydraulique 26..La face supérieure du piston de ce servo-moteur est soumise, par un conduit 27,
à la pression de débit de la pompe qui tend à abaisser le piston et diminuer la course de la pompe, contre l'action d'un - ressort 28 et la pression du combustible contenu dans l'espace 29 sous le piston. La pression dans l'espace 29 est réglée en laissant échapper du combustible de cet espace d'une façon qui sera décrite ci-après. Le combustible entre dans l'espace 29 par. un orifice 100 qui by-pàss le piston.
Le combustible débité par la pompe 23 se rend par un passage 30 à un dispositif doseur 31. Ce dispositif comprend un manchon extérieur 32 comportant une boutonnière allant en se . rétrécissant 33, un manchon intérieur supérieur stationnaire 34 et un manchon intérieur inférieur mobile 35. Le manchon intérieur inférieur 35 est levé ou abaissé suivant les changements de tempé- rature de l'air à l'entrée 11 du compresseur 14. Cette température est tatée par un bulbe 37 disposé près de l'admission d'air 11 (figure 1) et relié au moyen d'un tube capillaire 38 à un tube de Bourdon 39. La disposition est telle que lorsque la température tatée par le bulbe 37 augmente, le tube de Bourdon 39 se déplie et appuie sur un plongeur 40.
Ce plongeur agit par l'intermédiaire d'un levier 41 sur une valve de fuite hémisphérique 42 qui commande la pression dans l'espace 43 sous le piston 44 d'un servo-moteur relié au manchon intérieur inférieur 35. L'espace 43 est relié par un orifice étranglé 45 au passage 30 de manière que lorsque la valve ' hémisphérique 42 est fermée, la pression dans l'espace 43 soit égale à la. pression de sortie de la pompe. D'autre part, lorsque la valve hémisphérique 42 est ouverte pour laisser fuir du combustible de l'espace 43, la pression dans cet espace diminue, ce qui a pour effet de faire descendre le piston du servo-moteur 44 et le manchon intérieur inférieur 35.
Le déplacement du manchon intérieur inférieur 35 modifie la dimension de l'orifice de dosage 46 qui est 'fini, quant à sa dimension latérale, par les côtés de la bouton-
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nière allant en se rétrécissant 33 du manchon extérieur 32, et quant à sa dimension verticale par la distance entre le manchon intérieur mobile 35 et le manchon intérieur supérieur stationnaire 34. Le combustible dosé et compensé passant par l'orifice de dosage 46 entre dans un passage 47 menant aux brûleurs 13. L'espace 48 au- dessus du piston 44 du servo-moteur est maintenu à la pression du combustible dosé par une communication avec le passage 47.
La chute de pression du combustible à travers l'orifice de dosage 46' est commandée en réglant la course de la pompe à combustible 23. Ceci se fait par un embranchement de pression 50 donnant dans l'espace 51 au-dessus du dispositif de dosage 31, cet espace étant rempli de combustible à la pression de. sortie de là pompe, étant donné que le combustible introduit dans le dispositif de dosage par le passage 30 peut entrer librement dans l'espace 51 par le manchon intérieur supérieur 34. Cette pression est appliquée d'un côté d'un diaphragme 52.
De l'autre côté du, diaphragme 52, 'une pression correspondant à celle du combustible dosé et compensé est appliquée par un passage 53 communiquant avec ,le pa.ssage de combustible dosé et compensé 47. Le diaphragme 52 est également soumis à une poussée exercée par un ressort 54 d'une façon qui sera décrite. Le diaphragme 52 commande une valve de fuite, hémisphérique 55 qui laisse fuir du combustible de l'espace 29 sous le piston de la servo-pompe 26 par un conduit 56. Le combustible fuyant ainsi retourne au conduit d'admission de la pompe 22 par un, conduit 57.
En supposant pour le moment que la poussée du ressort %4 reste constante, une augmentation temporaire de la pression du . combustible débité par la pompe 23 déplacerait le diaphragme 52 légèrement vers la droite, augmentant ainsi la quantité de combusti, ble fuyant par la valve hémisphérique 55 et réduisant la course et le débit de la pompe. Inversement, une réduction temporaire de la pression du combustible débité par la pompe provoquerait une augmentation de la course de la pompe. De même, une augmentation temporaire de la pression du combustible dose et compensé augmente-
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rait le débit de la pompe pour maintenir une chute de pression constante à travers l'orifice 46 .tandis qu'une réduction temporaire de la pression du combustible dosé et compensé réduirait la course de la pompe.
Ainsi, pour autant que la poussée du ressort 54 reste constante il y aura une chute de pression constante à travers l'orifice de dosage 46 et le combustible dosé sera pleinement compensé quant à la température de l'air ambiant, étant donné que la dimension de l'orifice de dosage 46 sera automatiquement réglée au moyendu manchon intérieur inférieur 35 suivant les changements de température tatés à 'l'admission 11 du compresseur par le bulbe 37.
Le combustible déjà dosé et compensé doit encore être compensé suivant la pression de l'air ambiant. Ceci est réalisé en réglant la chute de pression à travers l'orifice de dosage 46 suivant la pression de l'air ambiant, la poussée du ressort 54 étant réglée suivant cette pression. Ceci s'obtient en admettant la pres- sion régnant à l'entrée 11 du compresseur dans une chambre 60 par un conduit 61 venant de l'admission 11. La chambre 60 contient un soufflet 62 dont une extrémité est reliée à une butée 63.et dont l'autre extrémité est reliée à une valve de distribution 64. Cette valve est entièrement compensée au point de vue pression.
La valve 64 comporte des méplats qui commandent l'admission de combustible à haute pression du conduit 65 au servo-moteur 66, et la décharge de combustible de ce servo-moteur par un conduit 67 menant au conduit 57 qui retourne au côté admission de la pompe 23. Le piston du servo-moteur 6 est relié à une butée 68 du ressort 54 qui commande en partie la valve hémisphérique 55. Le dit piston est également relié au moyen d'un levier 69 à la butée 63 du - soufflet 62 pour assurer un effet de neutralisation de contre pression, par lequel les positions dudit piston et de la butée 68 du ressort, et par conséquent la poussée du ressort 54, deviennent des fonctions de la pression régnant dans la chambre 60.
La poussée du ressort 54 influence la chute de pression à travers l'orifice de dosage 46 en réglant la course de la pompe de combustible 23 en laissant fuir du combustible par la valve hémisphérique 55 comme
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décrit ci-avant. Le combustible passant dans le passage 47 est ainsi. compense pour les changements de la pression à l'admission du compresseur aussi bien que pour les changements de température à l'admission du compresseur.
Le combustible passant dans le passage 47 et débité au brûleur 13 est également influencé directement par un levier de puissance 70 commandé par le pilote. Ce levier est relié à un arbre 71 qui est à son tour relié au moyen d'un bras 72 àl'autre manchon 32 du dispositif de dosage, de manière que le niveau du manchon 32 et la dimension latérale de l'orifice de dosage 46 dépendent directement de la position du levier 70 du pilote.
En raison de ces réglages, la quantité de combustible injecté par le brûleur 13 est telle aue chaque position du levier 70 du pilote correspond presqu'exactement à une vitesse de rotation particulière de l'ensemble compresseur-turbine. Avec les dispositifs de compensa- tion décrits jusqu'à présent, cette corrélation ne serait cependant pas exacte, étant donné que la vitesse de rotation de l'ensemble compresseur-turbine peut être affecté par d'autres facteurs non compensés, comme la charge de la turbine 16. Par conséquent, l'alimentation de combustible des brûleurs 13 subit une compensa- tion supplémentaire et automatique.
Les caractéristiques du dispo- sitif décrit jusqu'à présent sont choisies de manière que la quantité de combustible, passant par l'orifice de dosage 46 soit lé- gèrement supérieure à celle requise pour que l'ensemble compresseur- turbine tourne à la vitesse correspondant au régl.age du levier 70 du pilote. Cette petite quantité de combustible en surplus est éliminée suivant la présente invention de la manière suivante.
Un conduit de trop-plein 73 communique avec le passage de combustible dosé et compensé 7. Ce conduit de trop-plein mène à une valve hémisphérique 74, la quantité de combustible nassant par cette valve étant commandée au moyen d'un d'spositif sensibleà la vitesse à référence variable. Une partie du dispositif comprend un ensemble 75 qui est entraîné auxilialrement par le moteur, par u
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arbre 76,à une vitesse proportionnelle à. la vitesse de rotation ¯de l'ensemble compresseu-turbine. Ce dispositif est prévu de manière créer une pression différentielle, entre les deux conduits 77'et 78. qui est directement proportionnelle à la vitesse de rotation -de l'arbre 76. Un dispositif 75 convenant à cette fin est décrit dans le brevet belge n 554.142.
La pression différentielle entre les conduits 77 et 78 est appliquée à un diaphragme 79 qui agit sur une extrémité d'un levier 80 à l'encontre, de la sollicitation d'un ressort $1. En supposant pour un instant que la poussée du ressort 81 soit , constante, l'inclinaison du levier 80, et par conséquent la quantii de combustible passant par la valve hémisphérique 74 dépendront de la pression différentielle entre les conduits 77 et 73 et; partant, de la vitesse de rotation de l'arbre 76 qui, comme décrit ci-avant, est proportionnelle à la vitesse de rotation de l'ensemble compresseur-turbine.
Par conséquent, pour une poussée donnée du ressort 31, la quantité de combustible dérivée du passage 47 dépendra de la différence entre la vitesse de rotation de l'arbre 76 et une vitesse prédéterminée correspondant à la poussée du ressort 81.
Etant donné que la position du levier 70 de pilote doit déterminer la vitesse de rotation réelle de l'ensemble compres- seur-turbine, il est nécessaire que la poussée du ressort 81 dépende de la position de réglage du levier 70 du pilote. A cette fin, la position de la butée supérieure 82 du ressort 81 est déterminée par la position du levier 70 du pilote. Ceci s'obtient en reliant une extrémité du levier 83 au manchon extérieur 32 du dispositif de dosage, la position du Manchon 32 dépendant de la position du levier 70 du pilote.
Le levier 63 commande un distributeur 84 qui détermine la nosition d'un piston 85 d'un servo-inoteur. Le conbustible est envoyé sous bression à ce servo-moteur par un conduit 86 et, suivant la position du distributeur 84 par rapport au piston 85, est admis soit dans l'espace 87 au-dessus du piston 85, soit dans l'espace 88 sous ce piston. L'espace d'extrémité opposé
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communique avec l'espace 51 par une fuite 90 ou 91 suivant le cas, une fuite 92 et un passage 89. Une fuite supplémentaire 93 est prévue et communique avec le distributeur 84 de manière à provoquer un taux de sensibilité différent du piston du servo-moteur 85 suivant que le distributeur 84 est levé ou abaissé.
Le piston du servo-moteur 85 comporte un piston auxiliaire 94 exercant une sollicitation. Le prolongement 95 du piston 85 agit sur la butée supérieure 82 du ressort 81. Lorsque la position du levier 70 du pilote est changée, la poussée du ressort 81 change également, le taux de changeaient de la poussée étant déterminé par la dimension des différentes fuites 90, 91, 92 et 93 qui sont sélectionnées pour convenir aux caractéristiques désirées du moteur.
Ainsi, la quantité de combustible dérive du passage de combustible 47'par le passage de trop-plein .73 est réglée suivant la position du levier
70 du pilote et la vitesse de rotation réelle de l'ensemble compres- seur-turbine, tout écart de cette vitesse par rapport à la vitesse réglée par le levier 70 du pilote étant automatiquement corrigé par un réglage correspondant de la quantité de combustible dérivée par le trop-plein. Le combustible dérivé est ramené au côté admis- sion de la pompe 23 oar un passage 96 communiquant avec le conduit
57.
Comme décrit ci-avant, le dispositif de commande compor- tera généralement en pratique d'autres particularités qui sont connues en soi. Par exemple, l'alimentation de combustible peut êtrd également commandée de manière telle qu'elle limite le débit maximum de combustible pour empêcher la température d'admission de la.
turbine de dépasser une valeur maximum prédéterminée, ce réglage étant effectué au moyen d'une commande sensible à la température régnant à l'admission de la turbine qui commande la courbe de la pompe de combustible 23, ou par dérivation directe du passage de combustible 47. De plus, le dispositif de commande peut comprendre des dispositifs de sécurité ou d'urgence automatiques et/ou manuels pour couper l'alimentation de combustible et vidanger le dispositif
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dans certaines circonstances.
Le dispositif de commande peut également commander d'autres facteurs que l'alimentation de combus- tible ; par exemple il peut comprendre un dispositif pour régler les aubes directrices d'admission du compresseur suivant la vitesse de l'ensemble compresseur-turbine de manière qu'on obtienne une relation définie entre la vitesse et l'angle des aubes directri- ces lors du démarrage et de l'accélération, les aubes étant maintenues à un réglage constant pendant le reste .des conditions de service.
Le dispositif peut également comprendre une commande d'accélération par laquelle, si le levier 70 du pilote est soudaine- ment avancé pour augmenter la vitesse de l'ensemble compresseur- turbine, une limite sera automatiquement imposée à l'augmenta- tion d'écoulement du combustible dans le passage 47. On peut égale- ment prévoir l'introduction d'un agent de refroidissement à l'admis- sion du compresseur 11 dans le cas où le levier 70 du pilote serait déplacé vers une position de ressource de puissance dépassant la position de fonctionnement normale en cas d'urgence.
REVENDICATIONS.
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