WO2012114024A1 - Dispositif et procede d'injection privilegiee - Google Patents
Dispositif et procede d'injection privilegiee Download PDFInfo
- Publication number
- WO2012114024A1 WO2012114024A1 PCT/FR2012/050344 FR2012050344W WO2012114024A1 WO 2012114024 A1 WO2012114024 A1 WO 2012114024A1 FR 2012050344 W FR2012050344 W FR 2012050344W WO 2012114024 A1 WO2012114024 A1 WO 2012114024A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- injector
- power transmission
- transmission shaft
- fuel flow
- fuel
- Prior art date
Links
- 238000002347 injection Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 239000007924 injection Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 31
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 89
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 67
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 49
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 22
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 6
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000037406 food intake Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 230000003449 preventive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/22—Fuel supply systems
- F02C7/228—Dividing fuel between various burners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/28—Regulating systems responsive to plant or ambient parameters, e.g. temperature, pressure, rotor speed
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C9/00—Controlling gas-turbine plants; Controlling fuel supply in air- breathing jet-propulsion plants
- F02C9/26—Control of fuel supply
- F02C9/32—Control of fuel supply characterised by throttling of fuel
- F02C9/34—Joint control of separate flows to main and auxiliary burners
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
- F05D2220/329—Application in turbines in gas turbines in helicopters
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/01—Purpose of the control system
- F05D2270/05—Purpose of the control system to affect the output of the engine
- F05D2270/052—Torque
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2270/00—Control
- F05D2270/01—Purpose of the control system
- F05D2270/09—Purpose of the control system to cope with emergencies
- F05D2270/091—Purpose of the control system to cope with emergencies in particular sudden load loss
Definitions
- FIG. 2 represents a flowchart describing the steps of the regulation method according to the invention.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
L'invention concerne une turbomachine (10) équipée d'une chambre de combustion (330) d'un dispositif d'injection de carburant (340) dans la chambre de combustion (330) et d'un arbre de transmission de puissance (220). L'invention se caractérise par le fait que ladite turbomachine (10) comporte en outre des moyens de détermination (370) de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance (220) et des moyens de régulation (350) pour réguler le débit de carburant dans la chambre de combustion (330) en fonction de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance déterminée par les moyens de détermination (350).
Description
Dispositif et procédé d'injection privilégiée
L'invention concerne de façon générale l'injection de carburant dans une chambre de combustion de turbomachines et plus particulièrement un dispositif et un procédé pour réguler une injection privilégiée de carburant. Le domaine d'application de l'invention est notamment celui des turbomachines industrielles et des turbomachines aéronautiques.
L'invention concerne une turbomachine dans laquelle l'arbre du générateur de gaz est notamment entrainé grâce à des gaz passant par une chambre de combustion dans laquelle l'injection de carburant est réalisée grâce à un dispositif d'injection. Plus précisément, l'invention porte sur une turbomachine équipée d'une chambre de combustion, d'un dispositif d'injection de carburant dans la chambre de combustion et d'un arbre de transmission de puissance.
Un système d'alimentation privilégiée est connu par le document US 6 857 272. Ce système d'alimentation privilégiée fonctionne sur la base de plages de fonctionnement prédéterminées en fonction du débit du carburant, dans lesquelles l'injection privilégiée est activée ou pas.
Cependant, un tel système présente l'inconvénient de s'activer même lors de régimes pour lesquels ce n'est pas nécessaire. En effet, il existe des régimes stationnâmes à faible débit de carburant qui ne présentent pas de risque d'extinction, où l'alimentation privilégiée est activée alors que ce n'est pas nécessaire. Dans ce cas, un sillage chaud se forme, ce qui peut dans certains cas extrêmes ovaliser les anneaux de turbine.
L'invention a pour but de proposer une turbomachine et un procédé de régulation d'injection de carburant dans lesquels la combustion du carburant dans la chambre de combustion reste peu affectée par les fortes variations de régime de la turbomachine tout en évitant de former un sillage chaud.
Ce but est atteint grâce au fait que la turbomachine comporte en outre des moyens de détermination de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance et des moyens de régulation pour réguler le débit de carburant dans la chambre de combustion en fonction de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance déterminée par les moyens de détermination.
On notera qu'un arbre de transmission de puissance est un arbre qui assure la transmission de la puissance générée par les gaz de la turbomachine vers une prise de force. En général les gaz entraînent une turbine, cette turbine étant libre ou liée, l'arbre de cette turbine entraînant un arbre de transmission de puissance entraînant lui-même une prise de force. Selon une variante, l'arbre de la turbine entraine un arbre de transmission de puissance intermédiaire (ou pignon intermédiaire) qui engrène un autre arbre de transmission de puissance intermédiaire ou un arbre de transmission de puissance entraînant lui-même la prise de force. Dans le cadre de la présente invention, le terme « arbre de transmission de puissance » est un terme générique désignant tant un arbre de transmission de puissance entraînant la prise de force qu'un arbre de transmission de puissance intermédiaire.
Par « variation instantanée » on entend une variation sur une très courte durée, par exemple sur une durée de l'ordre d'une demi- seconde (0.5 s) ou moins, ou encore de l'ordre d'un quart de seconde (0.25 s) ou moins. Pour déterminer le débit de carburant requis dans la chambre de combustion, les moyens de régulation utilisent notamment comme paramètre la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance. Ainsi, le débit de carburant délivré dans la chambre de combustion est ajusté en fonction de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance, c'est-à-dire en fonction de variations de régime de la turbomachine.
Notons que si le couple instantané de l'arbre de transmission de puissance augmente, la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance est positive. Inversement, si couple instantané de l'arbre de transmission de puissance diminue, la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance est négative. Ainsi, lors d'une accélération, la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance est positive, tandis que cette dernière est négative lors d'une décélération.
Par exemple, si la variation instantanée est importante, positive ou négative, alors les moyens de régulation ajustent le débit de carburant délivré dans la chambre de combustion. Ainsi, il est possible d'assurer un débit minimum de carburant du dispositif d'injection dans la chambre de combustion qui entretien la combustion. En d'autres termes, lorsque les
moyens de détermination déterminent une forte variation instantanée de couple de l'arbre de transmission de puissance, les moyens de régulation peuvent assurer un débit minimum de carburant du dispositif d'injection dans la chambre de combustion afin d'éviter l'extinction de la combustion du carburant dans la chambre de combustion.
En régulant l'injection du carburant en fonction la variation du couple instantanée d'un arbre de transmission de puissance, on évite de former des sillages chauds, tels que ceux rencontrés dans l'état de la technique, tout en prévenant les risques d'extinction de la combustion. En effet, les inventeurs ont constaté que la variation du couple de l'arbre moteur est un paramètre plus pertinent du risque d'extinction de la combustion que le débit de carburant.
Préférentiellement, le dispositif d'injection comprend une rampe d'injection comprenant au moins un injecteur privilégié et au moins un injecteur principal.
Préférentiellement, les moyens de régulation permettent d'augmenter le débit de carburant de l'injecteur privilégié par rapport au débit de carburant de l'injecteur principal si la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance devient inférieure à un seuil prédéterminé.
L'injection de carburant dans la chambre de combustion est assurée par la rampe d'injection comprenant d'une part un injecteur (ou un ensemble d'injecteurs) dit principal, et d'autre part, un injecteur (ou un ensemble d'injecteurs) dit privilégié. En régime normal, l'injection est assurée par l'injecteur principal et par l'injecteur privilégié. Préférentiellement, en régime normal, le débit de carburant de l'injecteur privilégié est sensiblement égal au débit de l'injecteur principal. En d'autres termes, dans le cas ou il y a plusieurs injecteurs privilégiés et/ou principaux, en régime normal, le débit de chaque injecteur privilégié est préférentiellement égal au débit de chaque injecteur principal.
Par « régime normal » on entend un régime où le couple instantané de l'arbre de transmission de puissance varie faiblement ou varie selon des transitoires ne présentant pas de risque d'extinction de la combustion du carburant dans la chambre de combustion. Lorsque la turbomachine fonctionne dans un régime anormal, par exemple en cas de variation brutale du couple instantané de rotation de l'arbre de
transmission de puissance, il existe un risque d'extinction de combustion. Par exemple, un tel risque d'extinction survient lors d'un freinage d'urgence (également connu sous le nom de « quick stop ») qui consiste à cabrer un hélicoptère. Lors de ce transitoire, le rotor ne prélève plus la puissance de la turbomachine et le couple transmis décroit très rapidement pour atteindre une valeur quasi nulle en moins de 0.5 s, ou moins, selon la brutalité de la manœuvre et de la réactivité du dispositif de régulation de la machine. Alors, selon l'invention, en régime anormal le débit de l'injecteur privilégié est augmenté par rapport au débit de l'injecteur principal, de manière à éviter l'interruption de l'injection ou une diminution trop brutale du débit d'injection de carburant et l'extinction de la combustion dans la chambre de combustion. Plus particulièrement, lorsque la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance est inférieure à un seuil prédéterminé, l'injection est assurée de manière privilégiée par l'injecteur privilégié, c'est- à-dire que le débit de carburant de l'injecteur privilégié est augmenté par rapport au débit de l'injecteur principal. Ainsi, si en régime normal le débit de l'injecteur privilégié est égal au débit de l'injecteur principal, on comprend qu'en régime anormal le débit de l'injecteur privilégié est alors supérieur au débit de l'injecteur principal.
Avantageusement, lorsque la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance est inférieure à un seuil prédéterminé, l'injection dans la chambre de combustion est assurée par l'injecteur privilégié, utilisé seul ou en combinaison avec l'injecteur principal, le débit de ce dernier étant inférieur au débit de l'injecteur privilégié. Ainsi, l'injection de carburant au niveau de l'injecteur privilégié peut-être effectuée au détriment de l'injection de carburant réalisée au niveau de l'injecteur principal. C'est-à-dire que les moyens de régulation donnent la priorité à l'injection par l'injecteur privilégié en augmentant le débit de l'injecteur privilégié par rapport au débit de l'injecteur principal tout en diminuant le débit de l'injecteur principal par rapport au débit de l'injecteur privilégié, même si cela doit entraîner une coupure de l'injection par l'injecteur principal. Ainsi, selon cette variante, quel que soit le débit d'alimentation en carburant du dispositif d'injection de carburant, les moyens de régulation assurent un débit minimal d'injection de carburant par l'injecteur privilégié, évitant ainsi une extinction de la combustion.
Préférentiellement, le seuil prédéterminé est égal à une valeur négative correspondant à une forte décroissance instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance qui n'est pas considérée comme un transitoire relatif à un régime normal (i.e. qui est considéré comme un transitoire relatif à un régime anormal), c'est-à-dire susceptible d'entrainer une extinction de la combustion de carburant dans la chambre de combustion. Ainsi, il est possible de décélérer très brutalement le régime de la turbomachine selon l'invention sans risque d'extinction de la combustion de carburant dans la chambre de combustion.
Préférentiellement, les moyens de régulation permettent de répartir le débit de carburant de la rampe d'injection de manière à augmenter le débit de carburant de l'injecteur privilégié par rapport au débit de carburant de l'injecteur principal.
On comprend que pour un débit global donné au sein de la chambre de combustion, ce débit global correspondant au débit de la rampe d'injection à une vitesse de rotation de la turbomachine donnée, les moyens de régulation repartissent ce débit global entre l'injecteur privilégié et l'injecteur principal de manière à augmenter le débit de l'injecteur privilégié par rapport au débit de l'injecteur principal. Ainsi, afin de conserver ce débit global donné, l'augmentation du débit de l'injecteur privilégié entraine la diminution du débit de l'injecteur principal.
Avantageusement, les moyens de régulation comprennent un répartiteur du flux de carburant entre l'injecteur privilégié et l'injecteur principal.
Le répartiteur de flux permet de répartir le flux d'alimentation en carburant de la rampe d'injection entre l'injecteur principal et l'injecteur privilégié. Ce répartiteur peut-être un organe mécanique ou hydromécanique du type vanne à clapet et ressort(s) ou un organe électromécanique du type électrovanne, cette dernière pouvant être commandée, par exemple, par une unité de contrôle électronique (ou ECU pour « electronic control unit »).
Avantageusement, la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance est mesurée à l'aide d'un couple-mètre.
Un couple-mètre est un instrument de mesure du couple de rotation. Par exemple, on peut utiliser un couple-mètre hydraulique qui mesure le couple à partir de la pression d'huile au niveau d'un palier
supportant l'arbre de transmission de puissance. En particulier, on peut utiliser la pression d'huile d'un palier supportant l'arbre de transmission de puissance, ce palier faisant office de butée axiale pour l'arbre. Dans ce dernier cas, le couple-mètre hydraulique est dit « à butée axiale ». Un tel couple-mètre présente l'avantage d'être particulièrement compact, et donc facile à loger dans l'environnement d'une turbomachine. Il est également possible d'utiliser un couple-mètre à torsion monté directement sur l'arbre de transmission de puissance.
L'invention concerne également un procédé pour réguler l'injection de carburant d'une turbomachine selon l'invention comportant les étapes de :
- déterminer la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance,
- réguler le débit de carburant en fonction de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance.
Afin de réguler le débit de carburant dans la chambre de combustion d'une turbomachine, le procédé consiste d'une part à déterminer la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance, et d'autre part à utiliser la variation instantanée ainsi déterminée comme paramètre pour réguler le débit instantané de carburant du dispositif d'injection. Ce procédé est mis en œuvre sur une turbomachine selon l'invention où l'étape de détermination de la variation instantanée du couple de transmission de puissance est réalisée grâce aux moyens de détermination de la variation instantanée de couple. L'étape de régulation instantanée du débit de carburant est réalisée grâce aux moyens de régulation du débit de carburant dans la chambre de combustion.
Notons que dans le cadre de la mise en œuvre de ce procédé, la régulation du débit peut se faire de manière automatique, mais peut également être activée de manière manuelle, par exemple lorsque l'utilisateur veut sécuriser de manière préventive son utilisation de la turbomachine dans des conditions présentant un risque d'extinction de combustion de carburant. En d'autres termes, l'utilisateur peut forcer l'injection privilégiée en augmentant le débit de l'injecteur privilégié par rapport à l'injecteur principal, afin de sécuriser l'utilisation de la
turbomachine. Les conditions d'utilisation d'une turbomachine présentant un risque d'extinction de combustion de carburant sont notamment des conditions où la turbomachine fonctionne dans un régime proche du ralenti, ou lorsque le milieu environnant présente un risque d'ingestion d'eau (de pluie ou de neige) dans la turbomachine.
Par ailleurs, ce procédé peut-être avantageusement activé ou désactivé, dans le cadre d'essais de la turbomachine, afin d'évaluer, à titre préventif, la stabilité de la combustion dans la chambre de combustion (et donc le risque d'extinction dans des conditions données) indépendamment du dispositif. Ce type d'opération permet également d'évaluer la marge de sécurité conférée par ce procédé pour réguler l'injection de carburant et par le dispositif associé. Ce type de manipulation permet aussi de tester le bon fonctionnement du dispositif.
Préférentiellement, on augmente le débit de carburant de l'injecteur privilégié par rapport au débit de carburant de l'injecteur principal si la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance devient inférieure à un seuil prédéterminé.
Cette étape additionnelle du procédé permet d'améliorer sa mise en œuvre en utilisant un injecteur dédié à une injection privilégiée permettant une meilleure régulation du débit. On comprend que la valeur de seuil prédéterminée est choisie préférentiellement de telle sorte que lorsque la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance devient inférieure à un seuil prédéterminé, la turbomachine subit une forte variation de régime.
La mise en œuvre de cette étape additionnelle, présente plusieurs variantes. On comprend que de manière générale, lorsque le débit de carburant de l'injecteur privilégié est augmenté par rapport au débit de carburant de l'injecteur principal (en régime de turbomachine anormal), la valeur du débit augmenté de l'injecteur privilégié est supérieure à la valeur du débit de carburant de l'injecteur privilégié en régime normal (à vitesse de rotation et charge de la turbomachine égale). Inversement, lorsque le régime de la turbomachine redevient normal, on comprend que l'augmentation de débit de l'injecteur privilégié est supprimée et sa valeur est inférieure à la valeur du débit en régime anormal (à vitesse de rotation et charge de la turbomachine égale).
Selon une première variante, l'injecteur privilégié délivre un débit de carburant fixe et prédéterminé, lorsque la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance devient inférieure au seuil prédéterminé. Inversement, l'injecteur privilégié délivre un débit de carburant variable et, préférentiel lement égal au débit de l'injecteur principal, lorsque la valeur de la variation devient supérieure au seuil prédéterminé.
Selon une seconde variante, le seuil prédéterminé est une série de valeurs prédéterminées. Lorsque la variation instantanée devient inférieure à une première valeur prédéterminée, l'injecteur privilégié injecte du carburant selon un premier débit fixe et prédéterminé. Ensuite, si la variation devient inférieure à une seconde valeur prédéterminée, inférieure à la première valeur prédéterminée, le premier débit de l'injecteur privilégié est augmenté pour atteindre un second débit fixe et prédéterminé plus important que le premier débit. Ainsi, l'injecteur privilégié peut injecter du carburant en augmentant, respectivement diminuant, son débit selon autant d'incréments, respectivement de décréments, que de valeurs de seuil prédéterminées, pour atteindre un débit maximal, respectivement un débit correspondant au débit en régime normal (i.e. débit minimal).
Selon une troisième variante, le seuil prédéterminé est une plage continue de valeurs prédéterminées. Lorsque la variation instantanée entre dans cette plage de valeurs, le débit de l'injecteur privilégié est augmenté par rapport au débit de l'injecteur principal pour délivrer un débit de carburant proportionnel à la valeur de la variation instantanée, de manière continue sur la plage de valeurs. Ainsi, le débit est augmenté par rapport au débit de l'injecteur principal lorsque la variation instantanée devient à peine inférieure à la première limite de la plage de valeurs prédéterminées, et il augmente continûment jusqu'à un débit maximum quand la variation instantanée décroit jusqu'à devenir inférieure à la deuxième limite de la plage de valeurs prédéterminées. Inversement, le débit de l'injecteur privilégié diminue lorsque la variation instantanée devient supérieure à la deuxième limite de la plage de valeurs prédéterminées jusqu'à atteindre un débit de carburant correspondant au débit de carburant en régime normal lorsque la variation instantanée
devient supérieure à la première limite de la plage de valeurs prédéterminées.
Ainsi, on comprend que lorsque le régime du moteur est considéré comme présentant un risque d'extinction de la combustion, le débit de l'injecteur privilégié est augmenté par rapport au débit de l'injecteur principal, l'injecteur privilégié assurant ainsi une fonction veilleuse visant à empêcher la combustion de s'arrêter, tandis que lorsque le régime moteur ne présente plus de risque d'extinction de la combustion, le débit de l'injecteur privilégié correspond au débit de carburant en régime normal où il n'est pas augmenté par rapport au débit de l'injecteur principal.
Préférentiellement, on augmente le débit de carburant de l'injecteur privilégié par rapport au débit de carburant de l'injecteur principal en répartissant le flux global de carburant de manière privilégiée vers l'injecteur privilégié.
Avantageusement, on augmente le débit de carburant de l'injecteur privilégié pendant une durée prédéterminée.
On comprend donc que lorsque cette durée prédéterminée est écoulée, l'augmentation de débit est supprimée et le débit de carburant de l'injecteur privilégié retourne à une valeur de débit correspondant au débit de carburant en régime normal. Par exemple, la durée prédéterminée est égale à quinze secondes (15.0 s).
L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée faite ci-après de différents modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs. Cette description fait référence aux figures annexées, sur lesquelles :
- la figure 1 représente de manière schématique une turbomachine selon l'invention, et
- la figure 2 représente un organigramme décrivant les étapes du procédé de régulation selon l'invention.
La figure 1 représente une turbomachine 10 comprenant une turbine libre 20 et un générateur de gaz 30. Le générateur de gaz 30 comporte un compresseur 300, une roue de turbine 310 montées sur un arbre de générateur de gaz 320, et une chambre de combustion 330. Les gaz sortant du générateur de gaz 30 entraînent en rotation la roue de turbine 200 de la turbine libre 20 montée sur un arbre de turbine 210. On
notera que l'arbre de turbine 210 est coaxial et traverse l'arbre de générateur de gaz 320. L'arbre de turbine 210 présente un roue dentée qui engrène avec une première roue dentée d'un arbre de transmission de puissance 220, cet arbre 220 étant un arbre de transmission de puissance intermédiaire. Cet arbre de transmission de puissance 220 présente une seconde roue dentée qui engrène avec une roue dentée d'un arbre de transmission de puissance 230 entraînant, en extrémité axiale à gauche sur la figure 1, une prise de force. C'est par cette prise de force que le travail moteur produit par la turbine libre est utilisé et transmis à des dispositifs externes à la turbomachine 10.
La turbomachine 10 est en outre équipée d'un dispositif d'injection 340 comprenant une rampe d'injection comprenant des injecteurs principaux 342 et des injecteurs privilégiés 344. Le dispositif d'injection 340 est régulé par des moyens de régulation 350 afin de réguler le débit de carburant dans la chambre de combustion 330. Les moyens de régulation 350 sont notamment destinés à augmenter le débit des injecteurs privilégiés 344.
L'arbre de transmission de puissance intermédiaire 220 est relié à un couple-mètre 360 à pression d'huile à butée axiale, représenté schématiquement, pour mesurer le couple instantané de l'arbre de transmission de puissance 220. On notera que selon une variante, un couple-mètre à torsion, plus volumineux qu'un couple-mètre à pression d'huile à butée axiale, est disposé sur l'arbre de transmission de puissance 230. Le couple-mètre 360 est lui-même relié à des moyens de détermination de variation instantanée de couple 370 comme un calculateur et une mémoire. Les moyens de détermination 370 sont reliés aux moyens de régulation 350. Les flèches sur les connections entre l'arbre de transmission de puissance 220, le couple-mètre 360, les moyens de détermination 370, les moyens de régulation 350 et le dispositif d'injection 340 représentent les flux d'information qui circulent entre ces différents éléments.
Le fonctionnement de cette turbomachine 10 est décrit en référence à la figure 2. L'organigramme de la figure 2 représente le procédé selon l'invention pour réguler automatiquement l'injection de carburant dans la chambre de combustion 330 de la turbomachine 10.
Le procédé débute de préférence lorsque la turbomachine est démarrée et s'arrête lorsque la turbomachine est arrêtée, même si cela arrive en cours d'exécution du procédé. Pour cette raison, il n'y a pas de « fin » pour indiquer la fin du procédé sur la figure 2. Pour la suite, pour désigner un cycle complètement réalisé du procédé de régulation, nous utiliserons le terme « cycle de régulation ».
Le procédé commence donc à l'étape E0 « début ». Le procédé est ensuite divisé en deux étapes principales : une première étape El où on détermine la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance 220, et une seconde étape EU où on régule le débit instantané de carburant en fonction de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance 220 déterminée lors de l'étape EL
L'étape El est subdivisée en deux étapes successives El et E2. L'étape El consiste à mesurer à deux instants distincts tO et tl, espacés d'une très courte durée At (tl=t0+At), le couple instantané (C0 à l'instant tO et Cl à l'instant tl) de l'arbre de transmission de puissance 220. Ces mesures du couple instantané sont réalisées à l'aide du couple-mètre 360. A l'issue de l'étape El, le procédé passe à l'étape E2.
Au cours de l'étape E2, on détermine la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance AC en réalisant l'opération AC = Cl - C0 (AC égal Cl moins C0). Cette opération est réalisée par les moyens de détermination 370.
La première étape El de détermination de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance AC est ainsi achevée. A l'issue de l'étape El, le procédé passe à l'étape EU. En d'autres termes, à l'issue de l'étape E2, le procédé passe à l'étape E3.
L'étape E3 consiste à comparer la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance AC par rapport à une valeur de seuil prédéterminée ACref. Si la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance AC est inférieure à la valeur de seuil prédéterminée ACref (« OUI » à l'issue de l'étape E3), le procédé passe à l'étape E31. Si la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance AC est supérieure ou égale à la valeur de seuil prédéterminée ACref (« NON » à l'issue de l'étape E3), le procédé passe à l'étape E32. L'étape E3 est réalisée par les moyens de régulation 350.
Par ailleurs, on comprend que, si au cours du cycle suivant, l'étape E3 conduit également à l'étape E31, selon les variantes, le débit de carburant de l'injecteur privilégié peut être augmenté de nouveau ou bien être maintenu au niveau auquel il a été augmenté au cours du cycle précédent.
L'étape E31 consiste à augmenter le débit des injecteurs privilégiés 344 par rapport au débit des injecteur principaux 342, cette augmentation étant réalisée par les moyens de régulation 350. Lorsque le débit des injecteurs privilégiés est augmenté, l'étape EII de régulation de débit instantané est achevée, le procédé de régulation achève son cycle de régulation et entame un cycle ultérieur en recommençant à partir de l'étape El. Bien évidemment, l'exécution d'un cycle de régulation ultérieur peut-être temporisée. C'est-à-dire que l'exécution de ce cycle ultérieur n'est pas immédiate, et qu'un certain délai s'écoule avant l'exécution de ce cycle ultérieur. Cette temporisation est réalisée, par exemple, entre l'étape EII et l'étape EL
L'étape E32 consiste à vérifier que le débit des injecteurs privilégiés 344 n'est pas augmenté par rapport au débit des injecteurs principaux 342, cette augmentation résultant par exemple d'une étape E31 réalisée au cours d'un précédent cycle de régulation. Cette opération est également réalisée par les moyens de régulation 350.
Si le débit des injecteurs privilégiés 344 est augmenté (« OUI » à l'issue de l'étape E32), l'étape E33 consiste à supprimer cette augmentation de débit des injecteurs privilégiés. En d'autres termes les moyens de régulation 350 régulent le débit des injecteurs privilégiés 344 de sorte à le ramener au débit de carburant en régime normal et qu'il ne soit pas augmenté par rapport au débit des injecteurs principaux 342. A l'issue de cette étape E33, l'étape EII de régulation de débit instantané est achevée, le procédé de régulation achève son cycle de régulation et entame un cycle ultérieur en recommençant à partir de l'étape El.
Selon une variante, les moyens de régulation 350 suppriment l'augmentation de débit des injecteurs privilégiés 344 après un délai de temporisation. Par exemple ce délai est de trois secondes (3.0 s). Ce délai permet d'éviter que le débit des injecteurs privilégiés 344 soit ramené au débit en régime normal alors que la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance est encore à la limite de la
valeur de seuil d'augmentation de débit des injecteurs privilégiés. En effet, révolution de la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance est potentiellement instable, ce qui peut représenter un risque d'extinction de la combustion si cette valeur redevient inférieure à la valeur de seuil. Ainsi, en temporisant la suppression de l'augmentation de débit des injecteurs privilégiés 344, on attend que la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance se stabilise ou s'éloigne de la valeur de seuil avant de supprimer l'augmentation de débit des injecteurs privilégiés 344. La sécurité de la turbomachine est ainsi améliorée. Cette temporisation est réalisée par exemple, avant ou après l'étape E33.
On comprend que dans cette variante les moyens de régulation 350 enregistrent le temps tn de la commande de suppression de l'augmentation de débit, et commandent effectivement la suppression de l'augmentation de débit des injecteurs privilégiés 344 au cours d'un cycle de régulation ultérieur, à un temps tm > tn+D (tm supérieur ou égal à tn plus D), D étant le délai de temporisation, si la valeur de la variation instantanée du couple d'arbre de transmission de puissance AC est toujours supérieure ou égale à la valeur de seuil prédéterminée ACref .
Si le débit des injecteurs privilégiés 344 n'est pas augmenté par rapport au débit des injecteurs principaux (« NON » à l'issue de l'étape E32), l'étape EU de régulation de débit instantané est achevée, le procédé de régulation achève son cycle de régulation et en entame un cycle ultérieur en recommençant à partir de l'étape El.
Selon une variante, le débit des injecteurs privilégiés est augmenté pendant une durée prédéterminée dans l'étape E31. Ainsi, dans cette variante, les étapes E32 et E33 de la figure 2 sont omises, et l'augmentation de débit des injecteurs privilégiés est supprimée automatiquement au bout d'une durée prédéterminée. Bien entendu, selon une alternative, un cycle de régulation ultérieur est réalisé pendant cette durée prédéterminée, ou selon encore une autre variante, le cycle de régulation ultérieur n'est réalisé que lorsque la durée prédéterminée est écoulée.
Claims
REVENDICATIONS
Turbomachine (10) équipée d'une chambre de combustion (330) , d'un dispositif d'injection de carburant (340) dans la chambre de combustion (330) et d'un arbre de transmission de puissance, ladite turbomachine (10) étant caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens de détermination (370) de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance (AC) et des moyens de régulation (350) pour réguler le débit de carburant dans la chambre de combustion (330) en fonction de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance (AC) déterminée par les moyens de détermination (370), en ce que le dispositif d'injection de carburant (340) comprend une rampe d'injection comprenant au moins un injecteur privilégié (344) et au moins un injecteur principal (342), et en ce que les moyens de régulation (350) permettent d'augmenter le débit de carburant de l'injecteur privilégié (344) par rapport au débit de carburant de l'injecteur principal si la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance (AC) devient inférieure à un seuil prédéterminé (ACref).
Turbomachine (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de régulation (350) permettent de répartir le débit de carburant de la rampe d'injection de manière à augmenter le débit de carburant de l'injecteur privilégié (344) par rapport au débit de carburant de l'injecteur principal.
Turbomachine (10) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de régulation (350) comprennent un répartiteur du flux de carburant entre l'injecteur privilégié (344) et l'injecteur principal.
Turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance (AC) est mesurée à l'aide d'un couple-mètre (360).
Procédé pour réguler l'injection de carburant d'une turbomachine (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte les étapes de :
- déterminer la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance (El) ;
- réguler le débit de carburant en fonction de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance (EU) ; et
- augmenter le débit de carburant de l'injecteur privilégié (344) par rapport au débit de carburant de l'injecteur principal si la valeur de la variation instantanée du couple de l'arbre de transmission de puissance devient inférieure à un seuil prédéterminé (E3).
Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'on augmente le débit de carburant de l'injecteur privilégié (344) par rapport au débit de carburant de l'injecteur principal (342) en répartissant le flux global de carburant de manière privilégiée vers l'injecteur privilégié (344).
Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'on augmente le débit de carburant de l'injecteur privilégié (344) pendant une durée prédéterminée.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1151387 | 2011-02-21 | ||
| FR1151387A FR2971817B1 (fr) | 2011-02-21 | 2011-02-21 | Dispositif et procede d'injection privilegiee |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2012114024A1 true WO2012114024A1 (fr) | 2012-08-30 |
Family
ID=45873164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/FR2012/050344 WO2012114024A1 (fr) | 2011-02-21 | 2012-02-17 | Dispositif et procede d'injection privilegiee |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2971817B1 (fr) |
| WO (1) | WO2012114024A1 (fr) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11247782B2 (en) * | 2018-09-21 | 2022-02-15 | Textron Innovations Inc. | System and method for controlling rotorcraft |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2737776A (en) * | 1952-03-21 | 1956-03-13 | United Aircraft Corp | Torque responsive control for an emergency fuel system |
| US5345757A (en) * | 1993-09-20 | 1994-09-13 | General Electric Company | Combustor apparatus for use in a gas turbine engine |
| US5775090A (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-07 | Allison Engine Company | Torque signal synthesis method and system for a gas turbine engine |
| DE10032471A1 (de) * | 2000-07-04 | 2002-01-17 | Rolls Royce Deutschland | Verfahren zur Adaption des Betriebszustandes einer gestuften Brennkammer für Gasturbinen |
| EP1278014A2 (fr) * | 2001-07-18 | 2003-01-22 | Rolls-Royce PLC | Dispositif d'alimentation en carburant |
| RU2282737C2 (ru) * | 2004-09-20 | 2006-08-27 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Способ регулирования газотурбинного двигателя со свободной турбиной |
-
2011
- 2011-02-21 FR FR1151387A patent/FR2971817B1/fr active Active
-
2012
- 2012-02-17 WO PCT/FR2012/050344 patent/WO2012114024A1/fr active Application Filing
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2737776A (en) * | 1952-03-21 | 1956-03-13 | United Aircraft Corp | Torque responsive control for an emergency fuel system |
| US5345757A (en) * | 1993-09-20 | 1994-09-13 | General Electric Company | Combustor apparatus for use in a gas turbine engine |
| US5775090A (en) * | 1996-12-23 | 1998-07-07 | Allison Engine Company | Torque signal synthesis method and system for a gas turbine engine |
| DE10032471A1 (de) * | 2000-07-04 | 2002-01-17 | Rolls Royce Deutschland | Verfahren zur Adaption des Betriebszustandes einer gestuften Brennkammer für Gasturbinen |
| EP1278014A2 (fr) * | 2001-07-18 | 2003-01-22 | Rolls-Royce PLC | Dispositif d'alimentation en carburant |
| US6857272B2 (en) | 2001-07-18 | 2005-02-22 | Rolls-Royce Plc | Fuel delivery system |
| RU2282737C2 (ru) * | 2004-09-20 | 2006-08-27 | Открытое акционерное общество "СТАР" | Способ регулирования газотурбинного двигателя со свободной турбиной |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2971817B1 (fr) | 2015-07-03 |
| FR2971817A1 (fr) | 2012-08-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR3068114B1 (fr) | Systeme d'alimentation en fluide pour turbomachine, comprenant une pompe a cylindree variable suivie d'un doseur de fluide | |
| EP2893169B1 (fr) | Procédé et système de démarrage d'un turbomoteur d'aeronef | |
| CA2950347C (fr) | Procede et dispositif de controle d'une poussee d'un turboreacteur | |
| WO2013174504A1 (fr) | Procede de pilotage d'au moins un actionneur piezoelectrique d'injecteur de carburant d'un moteur a combustion interne | |
| CA2752528A1 (fr) | Procede et systeme de regulation de turbine a gaz et turbine a gaz munie d'un tel systeme | |
| FR2996254A1 (fr) | Methode de surveillance d'un defaut de poussee d'un turboreacteur d'aeronef | |
| CA2597939A1 (fr) | Dispositif d'alimentation en carburant d'un moteur a turbine a gaz avec debit de carburant regule | |
| CA3115868A1 (fr) | Procede de commande d'une turbomachine comportant un moteur electrique | |
| FR2992354A1 (fr) | Procede et dispositif d'ajustement d'une valeur de consigne d'un parametre influencant une poussee d'un moteur a turbine a gaz | |
| EP2633169A1 (fr) | Procédé de commande d'une turbomachine | |
| WO2022112028A1 (fr) | Procédé de commande d'une turbomachine comportant un moteur électrique | |
| EP3036481B1 (fr) | Procédé et système d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur | |
| EP3333393A1 (fr) | Procédé et dispositif de contrôle des prélèvements sur une turbomachine limitant le risque de pompage par échange d'informations entre un gestionnaire d'énergie et un système de contrôle de la turbomachine | |
| EP2678542B1 (fr) | Turbomachine comportant un dispositif d'injection privilegiee et procede d'injection correspondant | |
| WO2012114024A1 (fr) | Dispositif et procede d'injection privilegiee | |
| EP1591645A1 (fr) | Dispositif et procédé de régulation du débit carburant d'un turbomoteur | |
| FR2947300A1 (fr) | Procede de realisation d'un test de la chaine de protection d'une turbomachine contre les survitesses lors d'un demarrage. | |
| WO2025062085A1 (fr) | Dispositif de controle des transitoires de poussee d'une turbomachine | |
| EP3732359A1 (fr) | Procédé de commande de l'alimentation en carburant d'une chambre de combustion d'une turbomachine, système d'alimentation en carburant et turbomachine | |
| FR3092369A1 (fr) | Procédé de détection d’une panne d’un système d’allumage de turbomachine en fin de vol | |
| WO2011098708A1 (fr) | Procede de regulation d'un parametre de fonctionnement d'un moteur et systeme de commande mettant en œuvre un tel procede | |
| FR3010140A1 (fr) | Systeme et procede d'injection de carburant dans une chambre de combustion d'un moteur | |
| FR3007073A1 (fr) | Procede de pilotage d'un moteur a combustion interne suralimente et moteur suralimente associe | |
| FR2950934A1 (fr) | Turbine a gaz |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12709927 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 12709927 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |