Régulateur de combustible d'une installation motrice à turbine à gaz
La présente invention a pour objet un régulateur de combustible d'une installation motrice à turbine à gaz comportant une turbine fournissant la puissance extérieure, le régulateur comprenant une soupape, par exemple à demi-bille, agencée de façon à commander l'alimentation du combustible à l'installation et portée par un bras pivotant qui est maintenu en équilibre, quand la turbine tourne à sa vitesse de régime, par une première paire de moyens sensibles à la pression dont l'un est sensible à un signal de pression dépendant de la vitesse de la turbine et l'autre moyen est sensible à un signal de pression de fluide représentant une vitesse de référence, et par une seconde paire de moyens sensibles à la pression sensibles chacun d'eux à une pression dérivant du combustible à commander,
les pressions agissant sur les seconds moyens étant initialement inégales mais, après un retard, devront pratiquement égaler l'une à l'autre ou dans un rapport déterminé l'une par rapport à l'autre.
Un régulateur de ce type est connu et le but de la seconde paire de moyens sensibles à la pression est de stabiliser le bras en donnant ainsi un régulateur stable et sensible et aussi d'obtenir une caractéristique vitesselcharge désirée. Cependant, pour une variation très rapide de la charge ou de la vitesse choisie, il peut se produire un écart momentané considérable à partir de la vitesse désirée. Un but de l'invention est de fournir des moyens grâce auxquels l'effet des seconds moyens sensibles à la pression, qui sont sujets au retard, peut être modifié en réponse à la vitesse de variation de la vitessse réglée, quel que soit l'écart de vitesse réel, de manière que cet écart soit pratiquement réduit.
Le régulateur faisant l'objet de la présente invention est caractérisé en ce qu'il comporte une chambre présentant une ouverture étranglée reliée à une ligne d'alimentation du combustible, une sortie étranglée, un premier dispositif sensible à la pression interne dans la chambre et constituant lesdits seconds moyens sujets au retard, un second dispositif disposé à distance du premier et sensible à la pression interne dans la chambre, des moyens élastiques agissant sur le second dispositif en opposition avec la pression interne, et un troisième dispositif sensible à la pression et capable d'appliquer un signal de pression externe au second dispositif, ce dernier étant mis ainsi en action pour modifier la pression interne dans la chambre par suite de l'effet combiné des forces de pression du fluide et des moyens élastiques agissant sur le second dispositif.
le signal de pression externe étant fonction de la différence entre lesdits signaux de pression représentant la vitesse de la turbine et la vitesse de référence.
On peut utiliser avantageusement un dispositif amplificateur grâce auquel une petite différence entre les signaux représentant la vitesse de la turbine et la vitesse de référence produit un signal de pression externe plus fort appliqué au second dispositif sensible à la pression par ledit troisième dispositif.
La figure unique du dessin annexé est une coupe d'une forme d'exécution du régulateur objet de l'invention.
Le régulateur représenté comprend un bloc 1 comportant deux cavités 2 et 3 dans lesquelles s'étendent les extrémités opposées d'un bras 4 monté par un pivot 5 sur le bloc. A proximité de l'extrémité du bras 4 disposée dans la cavité 2 est montée une soupape 6 à demi-bille qui ouvre et ferme un siège 7 communiquant avec un tuyau 8 contenant un servo-Ruide et connecté de façon à actionner le servo-piston d'une pompe à combustible rotative non représentée. La cavité 2 communique avec l'entrée de la pompe et la cavité 3 communique avec l'atmosphère. La partie du bras 4 disposée dans la cavité 3 est engagée par deux plongeurs opposés 9 et 10 portés respectivement par des diaphragmes 11 et 12 sensibles à la pression.
Le diaphragme 11 est soumis à un signal de pression appliqué à travers un tuyau 15 depuis un générateur de pression non repré venté mis en rotation par la turbine de puissance à commander, de sorte que le signal de pression appliqué au diaphragme 11 est sensible à la vitesse du moteur.
Le diaphragme 12 est soumis à un signal de pression représentant une vitesse de référence et appliqué à travers un tuyau 14 à partir d'un dispositif régulateur de référence 15 réglable qui sera décrit plus loin.
Dans des zones disposées entre le pivot 5 du bras 4 et les zones d'engagement de ce bras avec les plongeurs 9 et 10, le bras 4 est engagé par une seconde paire de plongeurs opposées 18 et 19 portés respectivement p;lr des diaphragmes 20 et 21 sensibles à la pression.
Le diaphragme 20 est soumis à la pression régnant dans une chambre 22 qui est reliée, par un conduit 23 passant dans le b1.oc 1 en arrière de la cavité 3, à une chambre 24. Celle-ci est alimentée par un tuyau d'alimentation de combustible 26 relié à la pompe de combustible, par un premier orifice d'étranglement 25 et ensuite par un second orifice d'étranglement 75. La chambre 24 présente une sortie étranglée 76 communiquant avec un ttlrul de retour 32 conduisant à la cavité 2 et par conséquent à l'entrée de la pompe. La pression dans la chambre 22 est sensiblement égale à celle dans la chambre N et constitue une pression de réaction non retardée.
Le diaphragme 21 est sensible à la pression dans une chambre 30 ménagée dans le bloc 1 et alimentée en combustible par le tuyau 26, I'orifice 25, un conduit 77 et une série d'étranglements 31. Une sortie de la chambre 30 vers le tuyau de retour 32 se fait à travers une autre série d'étranglements 33, les étrangle mentis 31 et 33 produisant ensemble une pression dans la chambre 30 qui, dans des conditions stables, est inférieure à la pression dans le conduit 77.
L'extrémité de la chambre 30 éloignée du diaphragme 1 est constituée par un autre diaphragme 35 sensible à la pression. sollicité vers l'intérieur de la chambre 30 un un ressort 36 s'appuyant contre une paroi fixe 37 du bloc 1. Le diaphragme 21, la chambre 30, les étran glemellts 31 et 33, le diaphragme 35 et le ressort 36 forment ensemble un dispositif de réaction retardée.
Le diaphragme 35 est couplé mécaniquement par une tige 38 à un autre diaphragme 40 sensible à la pression du combustible dans une chambre 39. Le dia phragme t0 eXt sollicité dans le sens opposé au diaphragme 35 par un ressort 42 s'appuyant aussi contre la paroi fixe 37. Ainsi, quand le diaphragme 35 se déplace vers l'intérieur de la chambre 30, le diaphragme 40 se déplace vers l'extérieur de la chambre 39 et vice versa. L'intérieur du bloc 1 entre les diaphragmes 35 et 70 communique avec l'atmosphère par une lumière de sortie 41. La chambre 39 est reliée par un passage 43 à une autre chambre 44 à partir de laquelle le combustible peut s'écouler vers l'entrée de la pompe par une soupape à aiguille 46 et un tuyau 45 communiquant avec le tuyau de retour 32.
Le combustible provenant de la sortie de la pompe est envoyé dans la chambre 39 par un étranglement 48 et un tuyau 47. L'aiguille de la soupape 46 est déplacée axialement par deux diaphragmes différentiels 49 et 50 sensibles respectivement à la pression représentant la vitesse de référence dans le tuyau 14 et à la pression représentant la vitesse de la turbine dans le tuyau 16, cette dernière pression étant appliquée par un tuyau 51. Ainsi, la soupape 46 est ouverte ou fermée en réponse à la différence entre les signaux de pression représentant la vitesse de la turbine et la vitesse de référence. La pression propre à la vitesse de la turbine appliquée au diaphragme 50 est appliquée aussi à un diaphragme 52 plus petit agencé de façon à exercer une sollicitation sur la soupape 46.
La pression dans la chambre 44, et par conséquent dans la chambre 39, agit sur un diaphragme 53 fixé à l'aiguille de la soupape 46. Celle-ci prend une position d'équilibre en accord avec la pression dans la chambre 44 agissant sur le diaphragme 53 et avec la pression agissant sur les diaphragmes 49, 50 et 52. En donnant au diaphragme 53 un diamatre inférieur à celui des diaphragmes 49 et 50, on peut obtenir un net effet d'amplification. En d'autres mots, une faible différence entre les pressions ;datives à la vitesse de la turbine et à la vitesse de référence entraîne une forte variation de pression dans la chambre 44 et par conséquent dans la chambre 39.
La force de sollicitation exercée par le diaphragme 52 a pour but de permettre à la pression dans la chambre 39, quand il n'existe pas d'écart de vitesse, c'est-à-dire quand la vitesse de la turbine est égale à la vitesse de référence pour laquelle le régulateur est réglé, de prendre une valeur approximativement égale à la moitié de la valeur maximum qu'elle atteint pendant le fonctionnement de l'installation. Ainsi, si la vitesse réelle est supérieure à la vitesse de référence, la pression dans la chambre 39 est réduite, et si la vitesse réelle est inférieure à la vitesse de référence, la pression dans la chambre 39 est augmentée. Sans le diaphragme 52, aucun signal ne serait envoyé dans la chambre 39 lorsque la vitesse de la turbine est supérieure à la vitesse de référence, car la soupape 46 serait alors totalement ouverte.
Il s'ensuivrait que le dispositif ne fonctionnerait que lorsque la vitesse tombe au-dessous de la valeur de référence, ce qui ne peut s'admettre.
Une variation instantanée de la pression dans la chambre 30 ne peut pas se produire, pourvu que la pression dans la chambre 39 reste constante, par suite du mouvement des ressorts 36 et 42 et des diaphragmes 35 et 40, de sorte que si la pression du combustible augmente soudainement, la pression dans la chambre 30 s'élève lentement jusqu'à ce que les diaphragmes 35 et 40 aient cessé de se déplacer. Inversement, la pression dans la chambre 30 tombe lentement quand la pression du combustible décroît brusquement.
Quand il se produit une augmentation brusque de la vitesse de la turbine, il se produit une réduction soudaine plus forte de la pression dans la chambre 39, ce qui entraîne une réduction soudaine de la pression dans la chambre 30. Cette dernière pression prend ensuite lentement sa valeur initiale déterminée par la pression dans le conduit 77, quand le diaphragme 35 a pris une nouvelle position fixe. Inversement, pour une diminution soudaine de la vitesse de la turbine, la pression dans la chambre 30 augmente soudainement et reprend ensuite lentement sa valeur initiale.
Pour une variation rapide de l'écart de vitesse, il se produit un fort signal ultime dans la chambre 30, et pour une variation lente de l'écart de vitesse, un signal ultime proportionnellement plus faible est envoyé dans la chambre 30. Par exemple, si la vitesse de la turbine doit partir soudainement de zéro pour augmenter très rapidement, la pression dans les chambres 44 et 39 commence à tomber très rapidement, ce qui entraîne une chute initiale rapide de la pression dans la chambre 30.
Toutefois, cela produit un écoulement plus fort à travers les étranglements d'entrée 31 et un écoulement plus faible à travers les étranglements de sortie 33. Après un court instant, le taux résultant de la variation d'écoulement dans la chambre 30 devient égal à la valeur requise par le mouvement vers l'extérieur du diaphragme 35. A ce stade, la pression dans la chambre 30 devient stable à une valeur inférieure déterminée par la vitesse à laquelle la pression dans la chambre 39 change. La nouvelle pression dans la chambre 30 a alors pour effet d'ouvrir la soupape 6 et de réduire l'alimentation du combustible à l'installation, considérablement plus rapidement que ne le ferait la seule action du signal de pression représentant la vitesse de la turbine appliqué au bras 4 par le tuyau 16, le diaphragme 11 et le plongeur 9.
Ainsi, le signal d'augmentation de la vitesse de !a turbine est modifié très rapidement par un signal de pression de réaction dérivée, réduisant la pression qui agit sur le diaphragme 21 de réaction retardée.
On va décrire brièvement le dispositif régulateur de référence 15. Le tuyau 14 communique avec une galerie 55 qui est alimentée en hurle sous pression par un tuyau 57 et un étranglement fixe 56. Le tuyau 57 communique aussi avec une chambre 58 qui communique à son tour, sous la commande d'une soupape à aiguille 59, avec un conduit 67 conduisant à l'entrée d'une pompe à huile.
Ainsi, selon l'ouverture de la soupape 59, il existe un courant variable à travers le tuyau 57 et l'étranglement fixe 56 vers l'entrée de la pompe, ce qui affecte la pression dans le tuyau 14 et par conséquent la pression de référence appliquée au plongeur 10 et au diaphragme 49. Le plongeur de la soupape à aiguille 59 est fixé à un diaphragme 60 et est soumis aussi à l'action d'un ressort 61 qui est engagée par un chariot 62. Ce chariot porte une crémaillère 63 engagée avec un pignon 64 qui peut tourner sous l'action d'un bras 65 actionné par un moteur électrique 66.
Quand le chariot 62 est déplacé par le moteur 66, la pression dans la chambre 58 est modifiée parce que la soupape 59 est déplacée, ce qui modifie la pression dans le tuyau 14 et par conséquent la force appliquée par le plongeur 10 sur le bras 4 et la pression appliquée au diaphragme 49, ce qui assure un réglage de l'écoulement du combustible vers les brûleurs de l'installation.
Un tuyau 70 est branché au tuyau 8 et conduit à un tube de Bourdon 68 qui agit sur un plongeur 69 s'appuyant contre le bras 4 en face de la soupape 6 dans le but d'annuler l'effet de la servo-pression sur la soupape 6 et par conséquent sur le bras 4.