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REGULATEUR D'ADMISSION DE COMBUSTIBLE LIQUIDE A UN MOTEUR A TURBINE A
GAZ.
Cette invention concerne un régulateur d'admission de combus- tible liquide à un moteur à turbine à gaz du type comportant une pompe en- trainée par le moteur et dont le débit effectif est réglé par un plongeur sensible à la pression sur une face duquel la pression effective de refou- lement est appliquée tandis que l'extrémité opposée de la chambre dans la- quelle se déplace le plongeur est reliéeà l'extrémité à laquelle la pres- sion effective de refoulement est amenée par un orifice rétréci et elle est aussi en communication avec un passage (appelé ci-dessous passage de réglage) dans lequel la pression peut être réglée d'après les conditions de fonctionnement.
Une forme de système de pompage comporte une pomme à débit va- riable du type à plateau oscillant réglable mécaniquement par le plongeur de réglage et l'extrémité opposée de la chambre dans laquelle se déplace le plongeur contient un ressort de compression agissant sur le plongeur....
Une autre forme connue de système de pompage comporte une pom- pe à débit constant associée à une soupape de trop-plein ; ce cas, le plongeur de réglage actionne la soupape de trop-plein et il n'est pas rap- pelé par un ressort.
Dans chacun de ces types de pompe, la pression dans le passage de réglage doit augmenter pour augmenter le débit effectif et vice versa.
En outre, chacun de ces types de pompe est muni d'un dispositif de réglage du débit de combustible à une vitesse maximum prédéterminée du moteur afin d'éviter l'emballement du moteur, ce dispositif agissant sur la pression existant dans le passage de réglage ou dans un autre passage de réglage en parallèle avec le premier.
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Il es connu de régler la pression dans le passage de réglage (ou dans l'un d'eux, suivant le cas) pour une pompe du premier type cité (c'est-à-dire une pompe à débit variable du type à plateau oscillant régla- ble), au moyen d'une soupape d'un appareil à rapport air/combustible com- portant un étrangleur variable par lequel passe le débit effectif et qui est disposé pour créer une différence de pression entre les côtés d'admis- sion et de sortie de l'étrangleur sans que celui-ci soit affecté par cette différence de pression qui sert à actionner la soupape, l'étrangleur étant réglé d'après la pression de refoulement du compresseur du moteur.
L'invention comporte d'une manière générale la combinaison d'un régulateur du type spécifié dans le premier paragraphe de'ce mémoire et d'un appareil à rapport d'air/combustible du type précité, le débit effec- tif de la pompe (quelque soit sa forme mentionnée ci-dessus) passant aussi en série par un- système de réglage du débit à étrangleur variable destiné à créer une différence de pression entre l'amont et l'aval sans que l'é- trangleur en soit affecté, cette différence de pression servant à actionner, une autre valve sur un des passages de réglage ou sur un autre passage de réglage conjointement avec la commande d'admission du moteur (les deux val- ves étant montées de manière à agir en parallèle sous la pression du fluide à l'extrémité opposée de la chambre dans laquelle se déplace le plongeur de réglage),
l'étrangleur étant commandé par un système barométrique sensi- ble à la pression d'aspiration du compresseur.
On évite de cette façon l'étouffement du moteur par excès de combustible lorsqu'on ouvre brusquement la commande d'admission. Quand ce- la se produit, le système de réglage du débit permet initialement une aug- mentation rapide de l'admission du combustible au moteur jusqu'au moment où l'appareil à rapport air/combustible entre en jeu pour régler le débit suivant la demande déterminée en fonction de la pression de refoulement du compresseur, ces deux appareils fonctionnant indépendamment l'un de l'au- tre ; tandis que finalement le dispositif de réglage du débit de combusti- ble à une vitesse maximum prédéterminée du moteur peut intervenir pour em- pêcher l'emballement du moteur.
Dans les dessins annexés :
La figure 1 est un schéma de l'installation montrant une pompe à combustible, un appareil de contrôle à rapport air/fuel et un dispositif de réglage du débit de combustible suivant l'invention; la figure 2 montre schématiquement une pompe à débit constant combinée à une forme d'appareil de contrôle à rapport air/combustible des- tinée à amener le combustible au dispositif de réglage du débit représenté sur la figure 6; la figure 3 est un graphique représentant les conditions de fonc- tionnement de'la combinaison représentée sur la figure 2; la figure 4 montre schématiquement une disposition semblable à celle de la figure 2 mais avec un appareil de contrôle à rapport air/combus- tible modifié;
la figure 5 est un graphique illustrant les conditions de fonc- tionnement de la combinaison représentée sur la figure 4 et la figure 6 représente schématiquement un dispositif de réglage du débit de combustible utilisé avec l'une des dispositions des figures 2 ou 4.
La figure 1 montre une pompe à débit constant entraînée par le moteur, indiquée d'une manière générale par A, un appareil à rapport air/ combustible'B et un dispositif de réglage de débit F, les différents appa- reils et leurs liaisons étant décrits ci-dessous. La figure 1 montre aussi d'une manière schématique un compresseur d'air F du moteur, un réservoir de combustible T, un filtre à combustible M, un allumeur à brûleur I et un brûleur de combustible N.
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La figure 2 montre la pompe et son rotor 11 monté de manière concentrique sur un arbre entrainé-12, les deux pièces étant fabriquées sé- parément mais étant assemblées par des dents 13 qui les bloquent ensemble.
L'alésage du rotor, également concentrique sur l'arbre, est monté sur pa- lier dans un noyau 14 fixé à une extrémité sur le corps de pompe 15. Le ro- tor a des alésages radiaux 16 dans lesquels se déplacent des pistons 17 pour- vus, à leur tête, de glissières 18 se déplaçant sur des tiges transversales 19 des pistons et qui sont en contact à frottement dans un alésage 20 du corps de pompe, cet alésage étant excentré par rapport à l'arbre. Par con- séquent, lorsque l'arbre 12 tourne, les glissières en se déplaçant dans l'a- lésage 20, impriment aux pistons un mouvement alternatif dans les alésages radiaux 16 du rotor.
Le combustible est amené par le tuyau 21 dans un conduit 22 dans le noyau et de là il est dirigé par les ouvertures 23 vers les alésages ra- diaux 16 au moment où les pistons se trouvent dans leur position radiale extrême et la rotation du rotor refoule le combustible qui se trouve dans les alésages 16, par la course de retour des pistons, à travers d'autres o- rifices 24a vers un conduit 24 dans le noyau et de là à un tuyau sous pres- sion 25.
A l'intérieur du corps de pompe se trouve un conduit 26 qui com- munique avec le conduit de refoulement 24 et qui contient un piston-valve 27 qui est repoussé par un ressort 28 contre la pression de refoulement.
Quand le refoulement de la pompe atteint une pression prédéterminée, la valve 27 s'ouvre pour laisser passer le combustible par une ouverture la- térale qui réagit alors sur une paroi axiale d'extrémité 29 d'une rainure périphérique dans la pièce mobile d'une soupape de trop-plein. Le conduit de refoulement 24 communique aussi par un conduit 31 ayant une partie ré- trécie 32 avec un conduit 33 aboutissant à la face d'extrémité opposée 34 de la pièce 30 de la soupape de trop-plein, ce qui fait que lorsque la pres- sion dans le conduit de refoulement 24 dépasse une valeur prédéterminée, la chute de pression dans la partie rétrécie force la pièce 30 de la sou- pape de trop-plein à découvrir l'orifice latéral communiquant avec le con- duit d'admission 22:
La pièce 30 peut donc avoir une extrémité creuse avec des crans en V 35 dont les intervalles établissent la communication entre les conduits 24 et 22 lorsque la pièce 30 est déplacée de manière appropriée.
La pompe débite par le tuyau 25 dans une chambre 36 de l'appa- reil à rapport air/combustible. Cette chambre est en communication avec un tuyau 37 qui alimente les brûleurs de la chambre de combustion du moteur, par un étranglement 38 qui est normalement ouvert jusqu'à un certain point sous le contrôle d'une soupape 39 qui se déplace sous une impulsion fonc- tion de la pression de refoulement du compresseur. La soupape 39 est cylin- drique dans l'ensemble et coulisse dans l'étranglement 38; elle est fendue du côté opposé pour former les parties courbes 39a dont la position axiale dans l'étranglement contrôle la section effective de passage dans celui-ci, l'étranglement 38 et la soupape 39 constituant ainsi un étrangleur varia- ble.
La fente dans la soupape 39 bifurque à la partie supérieure où un axe 40 qui réunit les bras formés par la bifurcation sert d'ancrage à une extrémité d'un ressort 41 dont l'autre extrémité est fixée à un levier 42 qui sera décrit plus tard. La soupape 39 est solidaire d'un piston 43 se déplaçant dans un cylindre 44 formé dans le corps 45 de l'appareil à rapport air/combustible et le piston a un petit passage de fuite indiqué en 46. Le déplacement du piston 43 force la soupape 39 à se déplacer dans l'étranglement 38 et modifie par conséquent la section effective de l'é- tranglement et par suite la chute de pression de la chambre 36 à la tuyau- terie 37 (bien que cette chute de pression soit rétablie ultérieurement comme il sera expliqué ci-dessous).
Le combustible qui traverse le passage de fuite 46 remplit le cylindre 44 et ce dernier a un canal d'échappement 47 qui communique, par un orifice 48 commandé par une soupape (qui sera décrite plus loin), avec le tuyau 37.
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La chute de pression dans l'étranglement 38 est appliquée par les conduits 49 et 50 sur les côtés opposés d'un piston 51 se déplaçant dans un cylindre 52 en forme d'anneau. Le piston 51 est solidaire d'un diaphrag- me élastique 53 qui est prisonnier entre l'extrémité adjacente du cylindre 52 et un rebord périphérique interrompu 54 d'une pièce en forme de godet 55 fixée au corps 45 et le piston 51 est repoussé par un ressort 56 qui équi- libre la différence de pression lorsqu'elle atteint une valeur prédétermi- née.
Si on ouvre brusquement le régulateur du moteur pour accélérer, il y a danger de noyer le moteur et de l'étouffer. Pour éviter ceci, on s'arrange pour que l'arrivée du combustible au moteur, après une ouverture brusque du régulateur, soit sous le contrôle d'une commande fonction de la pression de refoulement du compresseur.
On y arrive, comme le montre schématiquement la figure 2, en amenant la pression de refoulement du compresseur par un conduit 57 à la chambre 58 dans laquelle se trouve une capsule 59 sensible à la pression.
Ainsi, lorsque le débit du compresseur commence à augmenter par suite de l'ouverture du régulateur, la capsule est comprimée ce qui fait basculer le levier 42 autour de son pivot 60 dans le corps 45 et augmente l'espace compris entre la soupape hémisphérique 61 et le siège de soupape 48. Il en résulte une diminution de pression dans la chambre 44, ce qui permet au piston 43 de s'enfoncer sous l'action de la pression régnant dans la chambre 36 malgré l'action antagoniste du ressort 41. Ce mouvement de des- cente du piston 43 déplace la soupape 39 et augmente la section effective de l'étranglement 38 en concordance avec l'augmentation de la pression de refoulement du compresseur.
Le mouvement de descente du piston 43 augmente la tension du ressort 41 et applique donc sur le levier 42 une force destinée à rétablir l'intervalle antérieur entre la soupape hémisphérique 61 et le siège 48, mais avec la soupape 39 dans une nouvelle position dans laquelle la section effective de l'étranglement 38 est augmentée.
En même temps, cette nouvelle ouverture de l'étranglement dimi- nue la chute de pression de part et d'autre de celui-ci et cette nouvelle chute de pression est appliquée par les conduits 49 et 50 pour forcer le piston 51 à déplacer par l'intermédiaire d'un poussoir 62 un bras 63 pivo- tant en 64 sur la pièce 55 en forme de godet pour fermer une soupape hémi- sphérique 65.
Le bras 63 subit aussi l'action d'un ressort 66 qui, grâce à une vis 67, permet de régler l'effort du ressort 56.
Lorsque le bras déplace la soupape hémisphérique 65 vers la po- sition de fermeture, il resserre partiellement un orifice de soupape 68 pour couper un passage de fuite, par un canal 100, du dessous de la pièce mobile 30 de la soupape de trop-plein allant à la tuyauterie 21 d'alimentation de la pompe. La pression en dessous de la soupape de trop-plein 30 est ainsi augmentée ce qui la fait mouvoir dans le sens d'une réduction du passage de fuite du conduit 26 à l'admission de la pompe.
De cette manière, une plus grande proportion du débit de la pompe est refoulée par le tuyau 25 vers les brûleurs de combustible ce qui rétablit la différence de pression prédé- terminée de part et d'autre de l'étranglement 38, permettant ainsi au pis- ton 51 de reprendre sa place et à la soupape hémisphérique 65 de prendre une position, par rapport au siège 68, maintenant le débit de combustible de la pompe qui rétablit la différence de pression de part et d'autre de l'étranglement 38.
Pendant la période d'accélération du moteur, l'augmentation de débit du compresseur tend à faire fonctionner la soupape 48, 61 dans le sens de l'ouverture, ce qui permet au piston 43 de se déplacer dans le sens d'une ouverture plus grande de l'étranglement 38. La chute de différence de pression résultant temporairement de part et d'autre de l'étranglement 38 est cependant appliquée au piston 51 pour diminuer le retour du combustible
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par l'orifice 68 du tuyau 100 au tuyau 21 ce qui force la pompe à fournir une plus grande partie de son débit dans le tuyau 25 pour rétablir la chute de pression à travers l'étranglement 38. Dans ces conditions, le débit de combustible dans le tuyau 37 est augmenté pour maintenir un rapport air/ combustible qui est en tous temps en dessous de la caractéristique d'étouf- fement du moteur.
Le levier 42 outre qu'il est poussé vers le bas par le ressort 41 est aussi poussé vers le haut par un ressort 70 dont l'attache 71 est réglable, ce qui permet de régler l'effort du ressort 41.
Ces conditions de fonctionnement sont illustrées par la figure 3 où le débit de combustible en gâllons par heure (1 gallon = 4,54 litres) est porté en fonction de la pression de refoulement du compresseur qui, évidemment, à toute altitude donnée, est fonction de la vitesse du moteur.
Les courbes C et D représentent respectivement les courbes de fonctionne- ment du moteur et d'étouffement au niveau de la mer et on remarquera que' lorsque le moteur tourne régulièrement dans la zone des petites vitesses, une ouverture brusque du régulateur pourrait provoquer une arrivée de com- bustible suffisante pour étouffer le moteur avant que celui-ci n'ait pu ac- célérer suffisamment pour augmenter de façon adéquate le débit du compres- seur de manière à brûler le supplément de combustible. Le réglage exercé par le dispositif de l'invention est représenté par la courbe E qui permet de voir que l'augmentation du débit de combustible résultant d'une ouver- ture brusque du régulateur de combustible, est limitée à une valeur infé- rieure à celle pour laquelle il y a danger d'étouffer le moteur.
A partir des vitesses moyennes du moteur, la courbe de calage s'élève rapidement et pour qu'on puisse atteindre des accélérations éle- vées à partir de ces vitesses, on s'arrange pour que la soupape 39 se trou- ve, dans cette gamme de vitesses, dans une position telle que l'étrangle- ment 38 offre un minimum de résistance au courant de combustible dans le tuyau 37 et ceci est représenté par la partie plus raide de la courbe E.
Pour éviter d'amener aux brûleurs plus de combustible que le moteur n'en demande à une vitesse maximum prédéterminée, on a prévu un dis- que 72 qui est rendu solidaire de l'arbre 12 de la pompe par des billes 73 espacées angulairement et qui pénètrent dans des rainures longitudinales dans l'arbre et dans le disque. L'espace compris entre les billes 73 commu- nique par un conduit 74 avec le tuyau d'arrivée 21 à la pompe, la communi- cation étant établie par une chambre à diaphragme 75, un intervalle 76, une chambre 77 et un conduit 78. Le disque 72 possède des canaux radiaux 79 dans lesquels une pression centrifuge se développe et se transmet, par une gale- rie annulaire 80 dans le corps 15 et un conduit 81, à. une chambre à diaphrag- me opposé 82.
Le diaphragme 83 séparant les chambres 77 et 82 est soumis à l'action d'un ressort de tension 84 dont l'attache 85 est réglable. Un res- sort de compression 86 repousse un levier 87 qui pivote en 88 pour fermer une soupape 89 placée dans un conduit 90 reliant le conduit 31 à l'étrangle- ment 32. Dès que le moteur a tendance à dépasser sa vitesse limite et que la différence de pression entre les chambres 77 et 82 dépasse une valeur prédéterminée, réglée par le ressort 84, une tige 91 en contact avec le diaphragme 83 fait basculer le levier 87 qui soulève la soupape 89 de son siège, permettant ainsi à une certaine quantité du fluide du tuyau 33 de retourner au tuyau d'arrivée par la chambre 77 et le conduit 78.
La pres- sion sous la'soupape de trop-plein 30 est ainsi réduite ce qui lui permet de by-passer une plus grande proportion du débit de la pompe vers le tuyau d'arrivée. Dans ces circonstances, le débit de combustible dépend par con- séquent uniquement de la vitesse de la pompe et échappe au contrôle de l'ap- pareil à rapport air/combustible.
Le contrôle d'accélération décrit antérieurement et fonction- nant uniquement suivant la pression de refoulement du compresseur ne fonc- tionne pas d'une manière satisfaisante à haute altitude à cause de l'appa- reil de contrôle du rapport air/combustible qui limite la vitesse maximum
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du moteur. Ce fait est illustré par la figure 5 sur laquelle les courbes Dl et Cl correspondent aux courbes D et C à l'altitude élevée considérée.
On verra que la courbe Cl est recoupée par la ligne E ce qui signifie que la vitesse du moteur ne peut être supérieure à celle correspondant au point d'intersection. Par conséquent, lorsque l'altitude augmente, il est néces- saire de modifier la courbe E en amenant sa partie s'élevant fortement plus près de l'origine de manière qu'elle se trouve entre les courbes Dl et Cl comme c'est représenté. On peut y arriver grâce à l'appareil sensible à la pression représenté sur la figure 4, qui permet au contrôle du rapport air/combustible de fonctionner suivant le rapport de compression du com- presseur.
L'appareil sensible à la pression représenté par la figure 4 comporte une capsule 120 sensible à la pression qui a une paroi commune 121 avec une seconde capsule plus petite 122 qui est vide d'air. La paroi 121 porte un clapet mobile 123 qui, pour un rapport de compression prédé- terminé, ferme l'orifice d'un tube venturi 124 qui autrement établit une communication entre l'intérieur de la capsule 120 et la sortie du compres- seur par un conduit 125. L'étranglement du tube venturi est en communica- tion avec un anneau 126 qui à son tour communique par un conduit 128 avec la chambre 58. Donc, lorsque le clapet 123 est ouvert, la pression stati- que dans l'étranglement du venturi est transmise à la chambre 58 et lorsque le clapet 123 est fermé, la pression de refoulement du compresseur est trans- mise à la chambre 58.
La pression dans le tuyau 125 est aussi amenée par une valve à pointeau réglable 127 à l'extérieur des capsules 120 et 122, la pression dans la chambre entourant les capsules agissant sur l'ensemble des capsules dans le sens de la fermeture du clapet 123. L'air qui a franchi la valve à pointeau 127 passe aussi à l'intérieur de la capsule 120 par un étrangle- ment 129, l'intérieur de la capsule 120 communiquant par un conduit 130 a- vec l'aspiration du compresseur.
Pendant une accélération rapide du moteur, le rapport de pres- sion du compresseur augmente avec la vitesse et tant que le clapet 123 res- te ouvert, une pression inférieure à la pression de refoulement du compres- seur est transmise à la chambre 58 depuis l'étranglement du venturi 124.
Cette pression inférieure est prévue pour commander un débit de combustible au moteur en tout temps inférieur à la courbe d'étouffement du moteur. En même temps, une valeur réduite de la pression de refoulement du compresseur agit aussi sur l'extérieur de l'ensemble des capsules 120 et 122 et pour une valeur du rapport de pression du compresseur pour laquelle une brusque augmentation du débit de combustible ne risque pas d'étouffer le moteur, cette pression ferme le clapet 123.
Lorsque le clapet 123 se ferme, la pression dans la chambre 58 s'élève jusqu'à la pression réelle de refoulement du compresseur puisque le courant d'air traversant le venturi s'arrête, donnant ainsi une ouvertu- re plus grande à l'étranglement 38 et par conséquent une brusque augmenta- tion de l'arrivée du combustible au moteur.
Puisque le clapet 123 se ferme d'après le rapport de pression du compresseur, qui à son tour dépend de la vitesse du moteur, la relation entre l'augmentation brusque de l'arrivée du combustible et la courbe d'é- touffement du moteur ne varie pas, quelle que soit l'altitude.
Pour adapter l'appareil de contrôle du rapport air/combustible à un moteur déterminé, la valve à pointeau 127 peut être réglée pour assu- rer la fermeture du clapet 123 pour un rapport approprié de pression du compresseur.
Le combustible dans le tuyau 37 est amené à l'appareil de régla- ge du débit, représenté sur la figure 6, dans lequel, le débit aux brûleurs, par un conduit 200, est 'modifié pour compenser les changements, dûs à l'al- titude, de la pression à l'aspiration du compresseur d'air. Le combustible
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atteint le conduit 200 en passant du tuyau 37 par un étranglement 201 qui est constitué par un manchon pourvu d'une série d'orifices disposés en hé- lice, un filtre 202 étant prévu de préférence, ainsi qu'une soupape 203 légèrement- chargée sur le chemin du combustible vers l'étranglement.
La chute de pression dans l'étranglement est appliquée par les conduits 204 et 205 sur les côtés opposés d'un diaphragme 206 sur une partie centrale rigide duquel appuient les extrémités adjacentes de deux poussoirs 208 et 209 qui seront tous deux décrits plus loin.
Le levier d'accélérateur à la portée du pilote est représenté en 210 et 'il est solidaire d'une valve à cannelures 211 travaillant dans un manchon tournant 212 pourvu-de deux orifices espacés angulairement 213' et 214. Quand on déplace le levier 210 dans le sens des aiguilles d'une montre sur la figure pour ouvrir le régulateur, les plats 215 et 215a de la pièce 211 découvrent respectivement les orifices 213 et 214 et le com- bustible du tuyau 37 peut s'écouler par-un conduit 216 et l'orifice 213 pour que sa pression puisse être appliquée sur le fond d'un piston 217 afin de le soulever malgré l'action antagoniste d'un ressort 218 qui équilibre normalement la différence de pression agissant sur le diaphragme 206.
Quand le piston monte, le combustible .qui se trouve au-dessus s'échappe par l'ou- verture 214 dans le manchon 212 vers l'intérieur de celui-ci et de là par un conduit radial 222 vers un conduit axial dans la pièce 211 communiquant avec un conduit 223 revenant au tuyau d'aspiration 25-de la pompe.
Lorsque le piston est ainsi soulevé, il augmente la compression du ressort 218 qui presse un support de ressort 219 qui fait fléchir le dia- phragme 206 par l'intermédiaire du poussoir 208 et en même temps, les dents de crémaillère du piston, constamment en prise avec les dents correspondan- tes d'un secteur 221 solidaire du manchon 212, font tourner ce manchon de manière que les orifices 213 et 214 soient obturés par les plats 215 et 215a respectivement.
Le mouvement du diaphragme 206, causé par l'élévation du pis- ton 217, est transmis par le poussoir 2L9 et provoque le déplacement d'une soupape hémisphérique 224 (qui reste ouverte pendant le fonctionnement ré- gulier du moteur) dans le sens de la fermeture d'un orifice 225 communi- quant avec le tuyau de réglage 100.
Le réglage du débit de combustible comporte aussi une capsule barométrique 226 qui est' soumise à la pression atmosphérique ambiante ou à la pression d'aspiration du compresseur par un trou 227 dans un bottier 228, la capsule contenant de l'air à une pression prédéterminée.
Au niveau de la mer, la capsule 226 est maintenue dans un état relativement déprimé par un ressort 229 qui réagit sur une pièce en forme de piston 230 pourvu d'une jupe à la partie inférieure. Au niveau de la mer, cette jupe se trouve dans sa position la plus haute et découvre la plupart des orifices de l'étranglement 201. A l'intérieur de la jupe se trouve une réduction 232 par laquelle.le combustible venant du tuyau 37 agit pour sou- lever une valve à pointeau 233 ouvrant un chemin de fuite par les conduits 234 et 235 retournant à la tuyauterie d'arrivée 25 à la pompe.
Lorsque l'altitude augmente, la capsule 226 déplace le pointeau 233 et ferme le chemin de fuite et le combustible est ainsi forcé de passer par la réduction 232 et par un tuyau 236 pour agir sur un anneau 237 et fai- re descendre la pièce 230. En descendant, cette pièce obture progressive- ment un nombre approprié d'orifices dans l'étranglement 201 et augmente la différence de pression de part et d'autre de l'étranglement. Cette augmen- tation de différence de pression,,agissant sur le diaphragme 206, provoque l'ouverture de la soupape hémisphérique 224 ce qui permet au combustible du tuyau 100 de passer dans le tuyau d'arrivée 25 à la pompe par un con- duit 235a.
De cette manière, la pression agissant par le tuyau 100 sur le fond de la soupape de trop-plein 30, est relâchée et cette dernière soupa- pe peut descendre pour by-passer une plus grande proportion du débit de la pompe vers l'aspiration de la pompe. Le débit de. combustible dans le tuyau 37 est ainsi réduit vers l'étranglement 201 et il en est de même de
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la pression du combustible du côté amont de cet étranglement. Dans ces con- ditions, la chute de pression normale est rétablie dans l'étranglement 201 mais la pièce 230 en forme de piston se trouve dans sa nouvelle position et le diaphragme agit pour fermer la soupape hémisphérique 224.
Une soupape d'arrêt 238 de combustible commandée par crémaillè- re peut être actionnée par un levier 239 pour détourner la communication du côté aval de l'étranglement 201 de la tuyauterie 200 à la tuyauterie d'arri- vée 25 à la pompe.
Pour obtenir un fonctionnement efficace de la soupape hémisphé- rique 224 lorsque, par suite des conditions de services, la différence de pression est petite de part et d'autre de l'étranglement, on peut utiliser une soupape 203 à ressort dans le but d'exagérer la différence de pression.
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LIQUID FUEL INTAKE REGULATOR TO A TURBINE ENGINE A
GAS.
This invention relates to a regulator for the admission of liquid fuel to a gas turbine engine of the type comprising a pump driven by the engine and the effective flow rate of which is regulated by a pressure sensitive plunger on one side of which the valve. effective discharge pressure is applied while the opposite end of the chamber in which the plunger moves is connected to the end at which the effective discharge pressure is brought through a constricted orifice and is also at communication with a passage (hereinafter referred to as an adjustment passage) in which the pressure can be adjusted according to the operating conditions.
One form of pumping system has a swash plate type variable flow head mechanically adjustable by the adjusting plunger and the opposite end of the chamber in which the plunger moves contains a compression spring acting on the plunger. ...
Another known form of pumping system comprises a constant flow pump associated with an overflow valve; in this case, the regulating plunger actuates the overflow valve and it is not returned by a spring.
In each of these types of pump, the pressure in the regulating passage must increase to increase the effective flow rate and vice versa.
In addition, each of these types of pump is provided with a device for adjusting the flow of fuel at a predetermined maximum engine speed in order to prevent the engine from racing, this device acting on the pressure existing in the adjustment passage. or in another adjustment passage in parallel with the first.
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It is known to adjust the pressure in the adjustment passage (or in one of them, as the case may be) for a pump of the first type mentioned (that is to say a variable flow pump of the plate type adjustable oscillating), by means of a valve of an air / fuel ratio apparatus comprising a variable restrictor through which the effective flow passes and which is arranged to create a pressure difference between the inlet sides. and outlet of the throttle without the latter being affected by this pressure difference which is used to actuate the valve, the throttle being adjusted according to the discharge pressure of the engine compressor.
The invention generally comprises the combination of a regulator of the type specified in the first paragraph of this specification and of an air / fuel ratio apparatus of the aforementioned type, the effective flow rate of the pump. (whatever its form mentioned above) also passing in series through a variable throttle flow adjustment system intended to create a pressure difference between upstream and downstream without the throttle being affected. , this pressure difference being used to actuate another valve on one of the adjustment passages or on another adjustment passage together with the engine intake control (the two valves being mounted so as to act in parallel under the fluid pressure at the opposite end of the chamber in which the adjustment plunger moves),
the choke being controlled by a barometric system sensitive to the compressor suction pressure.
In this way, the engine from being choked by excess fuel is avoided when the intake control is suddenly opened. When this occurs, the flow control system initially allows for a rapid increase in fuel input to the engine until such time as the air / fuel ratio unit kicks in to adjust the flow rate according to the flow. demand determined as a function of the compressor discharge pressure, these two devices operating independently of one another; while finally the device for adjusting the fuel flow at a predetermined maximum engine speed may intervene to prevent the engine from racing.
In the accompanying drawings:
FIG. 1 is a diagram of the installation showing a fuel pump, an air / fuel ratio control device and a device for adjusting the fuel flow rate according to the invention; Figure 2 shows schematically a constant flow pump combined with one form of air / fuel ratio tester for supplying fuel to the flow rate control device shown in Figure 6; Figure 3 is a graph showing the operating conditions of the combination shown in Figure 2; Figure 4 shows schematically an arrangement similar to that of Figure 2 but with a modified air / fuel ratio tester;
FIG. 5 is a graph illustrating the operating conditions of the combination shown in FIG. 4 and FIG. 6 diagrammatically represents a device for adjusting the fuel flow rate used with one of the arrangements of FIGS. 2 or 4.
FIG. 1 shows a constant flow pump driven by the engine, generally indicated by A, an air / fuel ratio device 'B and a flow regulating device F, the various devices and their connections being described below. Figure 1 also shows schematically an engine air compressor F, a fuel tank T, a fuel filter M, a burner igniter I and a fuel burner N.
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FIG. 2 shows the pump and its rotor 11 mounted concentrically on a driven shaft-12, the two parts being made separately but being assembled by teeth 13 which lock them together.
The rotor bore, also concentric on the shaft, is mounted on a bearing in a core 14 fixed at one end to the pump body 15. The rotor has radial bores 16 in which the pistons 17 move. provided, at their head, with slides 18 moving on transverse rods 19 of the pistons and which are in frictional contact in a bore 20 of the pump body, this bore being eccentric relative to the shaft. As a result, as the shaft 12 rotates, the slides, moving in the bore 20, reciprocate the pistons in the radial bores 16 of the rotor.
The fuel is brought through pipe 21 into a conduit 22 in the core and from there it is directed through the openings 23 towards the radial bores 16 when the pistons are in their extreme radial position and the rotation of the rotor is pushing back. the fuel in bores 16, by the return stroke of the pistons, through other ports 24a to a conduit 24 in the core and thence to a pressure pipe 25.
Inside the pump body is a duct 26 which communicates with the discharge duct 24 and which contains a piston-valve 27 which is pushed back by a spring 28 against the discharge pressure.
When the pump discharge reaches a predetermined pressure, the valve 27 opens to allow the fuel to pass through a side opening which then reacts on an axial end wall 29 of a peripheral groove in the movable part of the pump. an overflow valve. The discharge duct 24 also communicates through a duct 31 having a constricted portion 32 with a duct 33 terminating at the opposite end face 34 of the part 30 of the overflow valve, so that when the pressure - pressure in the discharge duct 24 exceeds a predetermined value, the pressure drop in the constricted part forces the part 30 of the overflow valve to discover the side port communicating with the inlet duct 22 :
Part 30 may therefore have a hollow end with V-shaped notches 35 the intervals of which establish communication between conduits 24 and 22 when part 30 is appropriately moved.
The pump delivers through pipe 25 into a chamber 36 of the air / fuel ratio apparatus. This chamber is in communication with a pipe 37 which supplies the burners of the combustion chamber of the engine, through a throttle 38 which is normally open to a certain point under the control of a valve 39 which moves under a strong impulse. - tion of the compressor discharge pressure. Valve 39 is generally cylindrical and slides in throttle 38; it is split on the opposite side to form the curved parts 39a, the axial position of which in the constriction controls the effective passage section therein, the constriction 38 and the valve 39 thus constituting a variable restrictor.
The slot in the valve 39 bifurcates at the top where a pin 40 which unites the arms formed by the bifurcation serves as an anchor at one end of a spring 41 whose other end is fixed to a lever 42 which will be described more late. The valve 39 is integral with a piston 43 moving in a cylinder 44 formed in the body 45 of the air / fuel ratio apparatus and the piston has a small leakage passage indicated at 46. The movement of the piston 43 forces the valve. valve 39 to move into the throttle 38 and therefore changes the effective cross section of the throttle and consequently the pressure drop from chamber 36 to pipe 37 (although this pressure drop is subsequently reestablished as will be explained below).
The fuel which passes through the leakage passage 46 fills the cylinder 44 and the latter has an exhaust channel 47 which communicates, through an orifice 48 controlled by a valve (which will be described later), with the pipe 37.
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The pressure drop across the constriction 38 is applied through conduits 49 and 50 to opposite sides of a piston 51 moving in a ring-shaped cylinder 52. The piston 51 is integral with an elastic diaphragm 53 which is trapped between the adjacent end of the cylinder 52 and an interrupted peripheral rim 54 of a cup-shaped part 55 fixed to the body 45 and the piston 51 is pushed back by a spring 56 which balances the pressure difference when it reaches a predetermined value.
If you suddenly open the engine governor to accelerate, there is a danger of flooding the engine and choking it. To avoid this, arrangements are made so that the arrival of fuel to the engine, after abrupt opening of the regulator, is under the control of a control function of the discharge pressure of the compressor.
This is achieved, as shown diagrammatically in FIG. 2, by bringing the discharge pressure of the compressor through a duct 57 to the chamber 58 in which there is a capsule 59 sensitive to the pressure.
Thus, when the flow rate of the compressor begins to increase following the opening of the regulator, the capsule is compressed which causes the lever 42 to swing around its pivot 60 in the body 45 and increases the space between the hemispherical valve 61 and the valve seat 48. This results in a decrease in pressure in the chamber 44, which allows the piston 43 to sink under the action of the pressure prevailing in the chamber 36 despite the antagonistic action of the spring 41. This downward movement of the piston 43 moves the valve 39 and increases the effective area of the throttle 38 in accordance with the increase in the discharge pressure of the compressor.
The downward movement of the piston 43 increases the tension of the spring 41 and therefore applies to the lever 42 a force intended to re-establish the previous gap between the hemispherical valve 61 and the seat 48, but with the valve 39 in a new position in which the effective section of the constriction 38 is increased.
At the same time, this new opening of the throttle decreases the pressure drop on either side of it and this new pressure drop is applied by the conduits 49 and 50 to force the piston 51 to move by. by means of a pusher 62 an arm 63 pivoting at 64 on the cup-shaped part 55 to close a hemispherical valve 65.
The arm 63 is also subjected to the action of a spring 66 which, thanks to a screw 67, makes it possible to adjust the force of the spring 56.
As the arm moves hemispherical valve 65 to the closed position, it partially constricts a valve port 68 to cut a leakage passage, through channel 100, from below the movable part 30 of the overflow valve. going to the supply pipe 21 of the pump. The pressure below the overflow valve 30 is thus increased which causes it to move in the direction of reducing the leakage passage from the duct 26 to the pump inlet.
In this way, a greater proportion of the pump flow is returned through pipe 25 to the fuel burners which restores the predetermined pressure difference on either side of the throttle 38, thus allowing the udder - tone 51 to take its place and the hemispherical valve 65 to take a position, relative to the seat 68, maintaining the fuel flow of the pump which restores the pressure difference on either side of the throttle 38.
During the period of engine acceleration, the increase in compressor flow tends to operate valve 48, 61 in the open direction, which allows piston 43 to move in the more open direction. of the throttle 38. The drop in pressure difference resulting temporarily on either side of the throttle 38 is however applied to the piston 51 to reduce the return of the fuel.
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through orifice 68 of pipe 100 to pipe 21 which forces the pump to deliver more of its flow to pipe 25 to restore the pressure drop across throat 38. Under these conditions, the fuel flow in pipe 37 is increased to maintain an air / fuel ratio which is at all times below the engine quench characteristic.
The lever 42, in addition to being pushed downwards by the spring 41, is also pushed upwards by a spring 70 whose attachment 71 is adjustable, which makes it possible to adjust the force of the spring 41.
These operating conditions are illustrated in Figure 3 where the fuel flow rate in gallons per hour (1 gallon = 4.54 liters) is raised as a function of the compressor discharge pressure which, of course, at any given altitude is a function of engine speed.
Curves C and D represent the engine operating and choking curves at sea level, respectively, and it will be noted that when the engine is running smoothly in the low speed zone, abrupt opening of the governor could cause an overflow. of fuel sufficient to suffocate the engine before the engine has been able to accelerate enough to adequately increase the compressor output to burn the additional fuel. The adjustment exerted by the device of the invention is represented by the curve E which makes it possible to see that the increase in fuel flow resulting from a sudden opening of the fuel regulator is limited to a value less than that for which there is a danger of suffocating the engine.
From the average engine speeds, the timing curve rises rapidly and so that high acceleration can be achieved from these speeds, it is arranged so that the valve 39 is located in this range of speeds, in a position such that the throttle 38 provides minimum resistance to the flow of fuel through pipe 37 and this is shown by the steeper portion of curve E.
To avoid delivering more fuel to the burners than the engine requires at a predetermined maximum speed, a disc 72 is provided which is made integral with the shaft 12 of the pump by angularly spaced balls 73 and which enter longitudinal grooves in the shaft and in the disc. The space between the balls 73 communicates by a conduit 74 with the inlet pipe 21 to the pump, the communication being established by a diaphragm chamber 75, a gap 76, a chamber 77 and a conduit 78. The disc 72 has radial channels 79 in which centrifugal pressure develops and is transmitted, through an annular channel 80 in the body 15 and a conduit 81, to. an opposite diaphragm chamber 82.
The diaphragm 83 separating the chambers 77 and 82 is subjected to the action of a tension spring 84 whose attachment 85 is adjustable. A compression spring 86 pushes back a lever 87 which pivots at 88 to close a valve 89 placed in a duct 90 connecting the duct 31 to the choke 32. As soon as the engine tends to exceed its limit speed and when the pressure difference between the chambers 77 and 82 exceeds a predetermined value, set by the spring 84, a rod 91 in contact with the diaphragm 83 causes the lever 87 which lifts the valve 89 from its seat, thus allowing a certain amount fluid from pipe 33 to return to the inlet pipe through chamber 77 and conduit 78.
The pressure under the overflow valve 30 is thus reduced allowing it to bypass a greater proportion of the pump flow to the inlet pipe. In these circumstances, the fuel flow therefore depends only on the speed of the pump and is beyond the control of the air / fuel ratio device.
The acceleration control described previously and operating only according to the discharge pressure of the compressor does not function satisfactorily at high altitudes because of the air / fuel ratio control device which limits the pressure. maximum speed
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of the motor. This fact is illustrated by FIG. 5 in which the curves Dl and Cl correspond to the curves D and C at the high altitude considered.
It will be seen that the curve C1 is intersected by the line E, which means that the speed of the motor cannot be greater than that corresponding to the point of intersection. Therefore, as the altitude increases, it is necessary to modify the curve E by bringing its sharply rising part closer to the origin so that it lies between the curves Dl and Cl as it is. represented. This can be achieved by the pressure sensitive apparatus shown in Figure 4, which allows the air / fuel ratio control to operate according to the compression ratio of the compressor.
The pressure sensitive apparatus shown in Figure 4 includes a pressure sensitive capsule 120 which has a common wall 121 with a second smaller capsule 122 which is void of air. The wall 121 carries a movable valve 123 which, for a predetermined compression ratio, closes the orifice of a venturi tube 124 which otherwise establishes communication between the interior of the capsule 120 and the outlet of the compressor via. a conduit 125. The constriction of the venturi tube is in communication with a ring 126 which in turn communicates through a conduit 128 with the chamber 58. Thus, when the valve 123 is open, the static pressure in the valve. The venturi throttle is transmitted to chamber 58 and when valve 123 is closed the compressor discharge pressure is transmitted to chamber 58.
The pressure in the pipe 125 is also brought by an adjustable needle valve 127 outside the capsules 120 and 122, the pressure in the chamber surrounding the capsules acting on all of the capsules in the direction of the closure of the valve 123. The air which has passed the needle valve 127 also passes inside the capsule 120 through a throttle 129, the interior of the capsule 120 communicating through a duct 130 with the suction of the compressor.
During rapid engine acceleration, the pressure ratio of the compressor increases with speed and as long as valve 123 remains open, a pressure lower than the discharge pressure of the compressor is transmitted to chamber 58 from the 'Venturi choke 124.
This lower pressure is intended to control fuel flow to the engine at all times below the engine choke curve. At the same time, a reduced value of the discharge pressure of the compressor also acts on the outside of the set of capsules 120 and 122 and for a value of the pressure ratio of the compressor for which a sudden increase in the fuel flow rate does not risk. do not choke the engine, this pressure closes the valve 123.
When the valve 123 closes, the pressure in the chamber 58 rises to the actual discharge pressure of the compressor since the air flow through the venturi stops, thus giving a larger opening to the compressor. throttling 38 and consequently a sudden increase in the supply of fuel to the engine.
Since valve 123 closes based on the pressure ratio of the compressor, which in turn depends on engine speed, the relationship between the sharp increase in fuel input and the engine choke curve does not vary, regardless of the altitude.
To adapt the air / fuel ratio tester to a particular engine, the needle valve 127 can be adjusted to ensure that the valve 123 closes for an appropriate compressor pressure ratio.
The fuel in pipe 37 is supplied to the flow control apparatus, shown in Figure 6, where the flow rate to the burners, through line 200, is changed to compensate for the changes due to the pressure. altitude, of the air compressor suction pressure. Fuel
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reaches the conduit 200 passing from the pipe 37 through a constriction 201 which is constituted by a sleeve provided with a series of orifices arranged in a helical manner, a filter 202 preferably being provided, as well as a valve 203 lightly loaded on the fuel path to the throttle.
The pressure drop across the constriction is applied through conduits 204 and 205 to opposite sides of a diaphragm 206 on a rigid central portion of which the adjacent ends of two pushers 208 and 209, both of which will be described later, abut.
The accelerator lever within reach of the pilot is shown at 210 and 'it is integral with a splined valve 211 working in a rotating sleeve 212 provided with two angularly spaced orifices 213' and 214. When moving the lever 210 clockwise in the figure to open the regulator, the flats 215 and 215a of the part 211 uncover the orifices 213 and 214 respectively and the fuel from the pipe 37 can flow through a duct 216 and the orifice 213 so that its pressure can be applied to the bottom of a piston 217 in order to lift it despite the antagonistic action of a spring 218 which normally balances the pressure difference acting on the diaphragm 206.
As the piston rises, the fuel above it escapes through opening 214 in sleeve 212 inwardly thereof and thence through radial duct 222 to an axial duct in the sleeve. part 211 communicating with a duct 223 returning to the suction pipe 25 of the pump.
When the piston is thus lifted, it increases the compression of the spring 218 which presses a spring support 219 which bends the diaphragm 206 through the pusher 208 and at the same time the rack teeth of the piston, constantly in motion. taken with the corresponding teeth of a sector 221 integral with the sleeve 212, rotate this sleeve so that the orifices 213 and 214 are closed by the flats 215 and 215a respectively.
The movement of the diaphragm 206, caused by the elevation of the piston 217, is transmitted by the pusher 2L9 and causes the displacement of a hemispherical valve 224 (which remains open during regular engine operation) in the direction of. the closing of an orifice 225 communicating with the adjustment pipe 100.
The fuel flow rate control also includes a barometric capsule 226 which is subjected to ambient atmospheric pressure or compressor suction pressure through a hole 227 in a housing 228, the capsule containing air at a predetermined pressure. .
At sea level, the capsule 226 is maintained in a relatively depressed state by a spring 229 which reacts on a piston-shaped part 230 provided with a skirt at the bottom. At sea level, this skirt is in its uppermost position and uncovers most of the orifices of the constriction 201. Inside the skirt is a reduction 232 through which the fuel from pipe 37 acts. to lift a needle valve 233 opening a leak path through conduits 234 and 235 returning to the inlet pipe 25 to the pump.
When the altitude increases, the capsule 226 moves the needle 233 and closes the escape path and the fuel is thus forced to pass through the reduction 232 and through a pipe 236 to act on a ring 237 and lower the part 230. On the way down, this part progressively closes an appropriate number of orifices in the constriction 201 and increases the pressure difference on either side of the constriction. This increase in pressure difference, acting on diaphragm 206, causes hemispherical valve 224 to open, allowing fuel from pipe 100 to pass through inlet pipe 25 to the pump through a conduit. 235a.
In this way, the pressure acting through the pipe 100 on the bottom of the overflow valve 30 is released and the latter valve can descend to bypass a greater proportion of the pump flow towards the suction. of the pump. The flow of. fuel in pipe 37 is thus reduced to the throttle 201 and so is
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the fuel pressure on the upstream side of this restriction. Under these conditions, the normal pressure drop is reestablished in the constriction 201 but the piston-shaped part 230 is in its new position and the diaphragm acts to close the hemispherical valve 224.
A rack-operated fuel shut-off valve 238 can be operated by a lever 239 to divert communication on the downstream side of the throttle 201 from the line 200 to the inlet line 25 to the pump.
To obtain efficient operation of the hemispherical valve 224 when, due to the operating conditions, the pressure difference is small across the throttle, a spring-loaded valve 203 can be used for the purpose of 'exaggerate the pressure difference.