Procédé de détection d'un état de givrage ou de besoin de maintenance d'un circuit de carburant de turbomachine

Arrière-plan de l'invention

La présente invention a pour objet un procédé de détection d'un état de givrage ou de besoin de maintenance d'un circuit de carburant de turbomachine. Elle se destine à tout type de turbomachine, terrestre ou aéronautique, et plus particulièrement aux turboréacteurs d'avion.

La présence d'eau dans un circuit de carburant d'une turbomachine est inévitable mais son impact est variable en fonction des conditions d'environnement et de fonctionnement. Plus particulièrement pour un avion, la pression et la température rencontrées au cours d'un vol peuvent provoquer le passage de l'eau à l'état solide et entraîner des complications sérieuses au niveau du circuit de carburant.

Le doseur du circuit carburant, dont la fonction est d'envoyer à la chambre de combustion un débit de carburant contrôlé, risque de voir sa fonction de régulation de débit perturbée par la présence de particules solides.

Par ailleurs, la présence de givre peut entraîner des perturbations dans le système de commande de géométries variables (notamment les aubes à angle de calage variable de la partie stator dans un compresseur ou des vannes de décharge de compresseur) car ce système de commande utilise le carburant en tant que fluide hydraulique pour les servo-valves et actionneurs associés aux géométries variables.

Enfin, la présence de givre peut entraîner un colmatage des filtres de carburant. Si cela se produit, un système de sécurité commande certes l'ouverture d'un conduit de dérivation (conduit « bypass ») dans lequel circule le carburant sans aucune filtratîon, mais cela peut évidemment nuire au fonctionnement de la turbomachine, en particulier au niveau des injecteurs de la chambre de combustion.

Ainsi, la présence de givre dans le circuit de carburant peut perturber la régulation de la turbomachine, voire même entraîner une perte de puissance. Le document US 2 925 712 divulgue le réchauffage du carburant par un flux d'air prélevé au compresseur lorsque Ie colmatage du filtre de carburant est détecté (différence de pression excessive entre entrée et sortie du filtre) ou lorsqu'une température dans Ie circuit de carburant est inférieure à un seuil.

Un chauffage du carburant, lorsque la température en amont de la pompe principale est inférieure à un seuil ou lorsqu'un colmatage du filtre de carburant est détecté, est aussi décrit respectivement dans le document US 3 049 878 et le document GB 881 002.

Objet et résumé de l'invention

La présente invention se propose de fournir un procédé de détection utilisant des éléments se trouvant classiquement dans un circuit de carburant de turbomachine, et en ajoutant éventuellement un ou plusieurs capteur(s), pour délivrer, en fonction de grandeurs relevées et de leurs comparaisons avec des valeurs de référence, une information signalant de façon fiable un état de givrage ainsi qu'éventuellement une information signalant un besoin de maintenance du circuit de carburant.

La présente invention se rapporte donc à un procédé de détection d'un état de givrage d'un circuit de carburant de turbomachine, ledit circuit comprenant au moins un réservoir, une unité de filtrage pour le filtrage du carburant, une pompe haute pression reliée au réservoir via l'unité de filtrage et un doseur de carburant relié à la sortie de la pompe haute pression pour contrôler le débit de carburant à injecter dans une chambre de combustion, le procédé comprenant :

- une étape de relevé d'une information représentative d'une première température Ti du carburant dans le circuit de carburant en aval du doseur et de comparaison de la première température Ti avec une première température de référence Toi;

- une étape de détection de colmatage de l'unité de filtrage ; et

- dans le cas où la température relevée Ti est inférieure à la première température de référence Toi et un colmatage est détecté, l'émission d'un signal indiquant un état de givrage du circuit de carburant.

Par circuit de carburant en aval du doseur, on entend ici tout emplacement situé entre le doseur et les înjecteurs de la chambre de combustion. Le procédé selon l'invention permet d'éviter rémission intempestive d'un signal d'état de givrage dans les cas où Ia température du carburant en aval du doseur est basse mais Ie filtre n'est pas substantiellement colmaté (pas de présence importante de givre) et où Ie filtre est colmaté mais la température du carburant en aval du doseur n'est pas basse (le colmatage étant alors dû à des impuretés autres que du givre).

Ainsi, avec une information fiable quant à l'état de givrage du circuit de carburant fourni par le procédé selon l'invention, le pilote ou le circuit de régulation moteur peut commander une modification du fonctionnement de la turbomachine pour tenir compte de la présence de givre ou éliminer celui-ci. Par exemple, une diminution du régime moteur peut être commandée pour réchauffer l'ensemble du moteur, en particulier l'huile de lubrification, de manière à augmenter consécutivement la température du carburant par l'intermédiaire des échangeurs thermiques huile/carburant utilisés dans le moteur.

Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre :

- une étape de relevé d'une information représentative d'une deuxième température T ₂ du carburant dans le réservoir et de comparaison de la deuxième température T ₂ avec une deuxième température de référence To ₂ ; et

- le signal indiquant un état de givrage du circuit de carburant est émis à la condition supplémentaire que la deuxième température T ₂ soit inférieure à la deuxième température de référence T ₀₂ .

Selon une particularité du procédé, un signal indiquant un besoin de maintenance de l'unité de filtrage est émis lorsqu'un colmatage est détecté tandis que les températures Ti et T ₂ ne sont pas inférieures aux températures de référence respectives Toi et TQ ₂ . On évite ainsi un déclenchement de maintenance intempestif si la détection d'un état de colmatage de l'unité de filtrage est due à la présence de givre.

D'autres particularités du procédé de détection sont indiquées ci-après :

- les températures de référence sont égales à 0° Celsius ( ⁰ C) ±

N-. 1 - selon une première possibilité, l'unité de filtrage comporte un circuit de dérivation s'ouvrant en cas de colmatage pour autoriser le passage du carburant sans filtration, et l'étape de détection de colmatage est réalisée par la détection de l'état d'ouverture du conduit de dérivation ;

- selon une deuxième possibilité, l'étape de détection de colmatage est réalisée par relevé d'une information représentative de la différence de pression ΔPi entre la pression d'entrée P ₆ et la pression de sortie P _s du carburant au niveau de l'unité de filtrage et comparaison de la différence de pression ΔPi avec une différence de pression de référence

- dans ce deuxième cas, la différence de pression de référence ΔPoi peut être choisie entre 0,4 et 3 bars, de préférence entre 1,3 et 1,7 bar.

Brève description des dessins

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit de plusieurs modes préférés de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs. La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique d'un circuit de carburant ;

- la figure 2 est un organigramme illustrant le procédé de l'invention, dans le cas d'une détection d'un état de givrage et dans le cas d'une détection d'un besoin de maintenance.

Description détaillée de modes de réalisation

La figure 1 représente un circuit de carburant 1 de turboréacteur d'avion.

Le circuit 1 comprend, dans le sens d'écoulement du carburant ; une pompe basse pression 4, un premier échangeur de chaleur 5, une unité de filtrage principale 6 et une pompe haute pression 7. La pompe basse pression 4 est reliée en amont au réservoir 3 de carburant de l'avion. En aval de la pompe haute pression 7, le circuit 1 se sépare en deux branches 9a et 9b.

La première branche 9a comprend un doseur 10 permettant de réguler le débit de carburant injecté dans la chambre de combustion il du turboréacteur, et renvoyant le carburant en excès dans le circuit de carburant, en amont de Péchangeur de chaleur 5, via une boucle de recirculatîon 12. Ce doseur 10 est généralement une unité hydromécanique (ou HMU pour "Hydro Mechanical Unit"). Entre le doseur 10 et la chambre de combustion 11 se trouvent classiquement un débitmètre 13 destiné à mesurer le débit de carburant amené aux injecteurs de la chambre de combustion 11, un clapet de coupure carburant 14, notamment pour couper l'alimentation en carburant en cas de détection de sur-vitesse, ainsi que des filtres d'injecteurs et des vannes d'injecteurs (non représentés).

La deuxième branche 9b comprend un deuxième échangeur de chaleur 15 et un système 16 de commande de géométries variables. Ces géométries variables sont, par exemple, des vannes de décharge d'air ou des aubes à angle de calage variable permettant d'adapter la configuration du compresseur du turboréacteur en fonction du régime de fonctionnement.

Le système 16 de commande de géométries variables comprend un ou plusieurs actionneurs hydrauliques notés Al à AN reliés mécaniquement aux géométries variables à commander, N représentant un nombre entier supérieur ou égal à 1. Dans l'exemple, seuls deux actionneurs Al et A2 ont été représentés. Le système 16 de commande de géométries variables comprend aussi plusieurs servovalves, notées Sl à SN (dans l'exemple Sl et S2), chaque actionneur Al, A2 étant respectivement piloté par une servovalve Sl, S2. Le carburant est utilisé comme fluide hydraulique et les ports haute pression sont reliés à la branche 9b tandis que les ports basse pression sont reliés à la boucle de recirculation 12 (point Y).

Un circuit de retour 2 de carburant comprend une vanne de retour de carburant 17 permettant de contrôler le débit de carburant qui retourne vers le réservoir 3 de l'avion. Le circuit de retour 2 est branché entre la sortie de la pompe basse pression 4 et le réservoir 3.

Dans les premier et deuxième échangeurs de chaleur 5 et 15 circulent, d'une part, du carburant et, d'autre part, de l'huile de lubrification de différents organes du turboréacteur, le carburant refroidissant l'huile.

Comme cela a été exposé précédemment, le procédé selon l'invention peut utiliser des éléments présents classiquement dans un circuit de carburant 1 de turbomachine, plus particulièrement d'un turboréacteur d'avion, ou des éléments ajoutés.

Un capteur de température 20, non présent à l'origine dans un circuit de carburant de turboréacteur classique est disposé sur Ie circuit de carburant en aval du doseur 10, par exemple immédiatement en sortie du doseur 10, étant entendu que tout autre emplacement du capteur de température 20, entre le doseur 10 et les injecteurs de la chambre de combustion, pourrait être choisi.

Ce capteur de température 20 fournit une information représentative de la température Ti du carburant à son niveau. Un circuit de traitement 30 reçoit l'information fournie par le capteur 20 et est agencé pour comparer la température Ti à une température de référence Toi, pour détecter une probabilité de présence de givre dans le carburant contenu dans le circuit lorsque Ti < Toi. La température de référence Toi peut être choisie égale à 0 ⁰ C (Celsius) environ, mais on pourra prévoir une température de référence Toi légèrement différente, par exemple d'environ 0 ⁰ C +/- 5°C.

Par ailleurs, l'unité principale de filtrage 6 comporte des moyens aptes à détecter un colmatage de ladite unité 6. Le colmatage peut résulter d'une présence relativement importante de givre dans le carburant ou d'une accumulation relativement importante d'autres impuretés véhiculées par le carburant. Dans la suite, on comprendra comment l'invention permet de distinguer un état de colmatage par la présence de givre dans le circuit de carburant d'un état où une opération de maintenance de l'unité de filtrage 6 est nécessaire en raison de la présence d'autres impuretés. Le colmatage de l'unité de filtrage 6 peut être détecté ici de deux manières.

Selon une première possibilité, un conduit de dérivation (ou « by-pass »), non représenté sur les figures annexées, s'ouvre classiquement pour laisser circuler librement le carburant sans passer par le ou les filtre(s) de l'unité de filtrage 6 lorsque cette dernière est au moins partiellement bouchée, c'est-à-dire que la différence de pression entre l'entrée et la sortie de l'unité de filtrage 6 augmente au-delà d'un seuil de déclenchement autorisant, par des moyens hydro-mécaniques classiques, l'ouverture du conduit de dérivation. Le circuit de traitement 30 reçoit une information indiquant que Ie circuit de dérivation est ouvert ou fermé par exemple par détection de la position d'un organe de fermeture de ce circuit. Lorsque Ie circuit de traitement 30 reçoit l'information d'état d'ouverture du conduit de dérivation, un colmatage de l'unité de filtrage 6 est détecté.

Selon une deuxième possibilité, l'unité principale de filtrage 6 est associée à un détecteur de colmatage typiquement sous la forme d'un capteur 22 de différence de pression ΔPi entre l'entrée (pression P _e ) et la sortie (pression P _s ) de l'unité de filtrage 6. Le circuit de traitement 30 reçoit du capteur 22 une information représentative de ΔPi et est agencé pour comparer ΔPi à une valeur de référence ΔPoi, de manière à détecter un colmatage lorsque ΔPi > ΔP _O i. La valeur de référence ΔP _O i est par exemple choisie entre 0,4 et 3 bars, de préférence entre 1,3 et 1,7 bar.

De façon optionnelle mais avantageuse, une information représentative d'une deuxième température T ₂ du carburant est utilisée pour confirmer/infirmer un diagnostic d'état de givrage du circuit de carburant effectué sur la base de la première température Ti et de la détection de colmatage au niveau de l'unité de filtrage 6. Cette deuxième température T ₂ est prise avantageusement au niveau du réservoir 3.

On peut utiliser un capteur de température 21 dont le réservoir 3 est classiquement équipé. Ce capteur de température 21 fournit une information représentative de la température T ₂ du carburant dans le réservoir 3.

La température T ₂ est comparée dans le circuit de traitement 30 à une température de référence To ₂ . L'émission du signal indiquant un état de givrage du circuit de carburant 1 n'est effective que si, outre les conditions quant à Tl et à l'état de colmatage de l'unité de filtrage 6, la température T ₂ est inférieure à Ia température de référence T ₀₂ . La température de référence T ₀₂ pourra être fixée de Ia même manière que la température de référence Toi. On peut ainsi éviter une détection de givrage intempestive si le colmatage de l'unité de filtrage est dû à des impuretés autres que du givre et si Ie relevé de Ia température Ti est défectueux.

Comme l'indique Ia figure 2, lorsque Ie circuit de traitement 30 détecte Ie cumul des conditions T ₁ < T _O i, T ₂ < T ₀₂ et colmatage de l'unité de filtrage _# un signal indicatif d'un état de givrage du circuit de carburant est émis, les deux premières conditions traduisant l'existence de conditions de givrage et la troisième une probabilité de présence significative et perturbante de givre. La figure 2 illustre le cas où le procédé de détection utilise au moins deux relevés de température, Ti et T ₂ , mais il est bien entendu que l'état de givrage peut être détecté sur la base du relevé de la seule température Ti et de la détection de colmatage de l'unité de filtrage 6.

Le procédé de l'invention permet également de diagnostiquer de façon plus fiable un besoin de maintenance de l'unité de filtrage 6 du circuit de carburant.

Ainsi, comme illustré sur la figure 2, si un état de colmatage de l'unité de filtrage 6 est détecté alors que les informations fournies par les capteurs 20, 21 des températures Ti et T ₂ ne traduisent pas un état de givrage (températures Ti et T ₂ respectivement non inférieures aux températures de référence Toi et T ₀₂ ), il est vraisemblable qu'une accumulation de particules solides autres que du givre est présente au niveau du ou des filtres de l'unité de filtrage 6 de sorte qu'une opération de maintenance est nécessaire.

Le relevé des deux températures Ti et T ₂ , par rapport au relevé de la seule température Ti, permet de mieux fïabiiiser la détection d'un état de givrage et évite une émission intempestive d'un signal de besoin de maintenance.

L'application de mesures correctives particulières en réponse à la détection d'un état de givrage du circuit de carburant ne rentre pas dans le cadre de l'invention. On pourra par exemple commander un ralentissement du régime moteur, ce qui a pour conséquences d'augmenter la température du moteur et la température du carburant du fait des échanges thermiques entre l'huile de lubrification du turboréacteur et le carburant au niveau des échangeurs thermiques 5, 15. Il est possible aussi de modifier les seuils maximum et minimum de richesse de carburant injecté (ou butées d'accélération et de décélération) pour sécuriser le fonctionnement du turboréacteur.