Brevet FR2009237A1 — publié le 19700130

L'invention a pour objet un injecteur de combustible pour moteur à turbine à gaz. Dans l'art antérieur, il existe un injecteur de combustible pour moteur à turbine à gas, ou pour réacteur, comprenant un corps central creux, un corps extérieur qui entourc au moins partiellement le corps central, et qui limite avec lui un passage d'écoule- ment, ce dernier et l'intérieur du corps central étant destinés à être alimentés en air sous pression, des moyens d'alimentation en combustible fournissant du combustible à la face interne du corps central, pour y créer un anneau de combustible se déplaçant vers l'aval, et des moyens de déflexion servant à infléchir le courant de combustible et d'air sous pression, de l'intérieur, en direction d'un courant d'air sous pression venant du passage d'écoulement. Dans son @@peet le plus large, l'invention permet de se di@- ponsor du corps extérieur et des moyens de déflexion prévus dans l'art antérieur mentionné plus haut ; elle utilise des buses de combustible distinctes, principale et pilote, dont la taille peut etre appropriée aux quantités respectives de combustible qui sont destinées à les traversez Ainsi, on peut disposer d'une large gamme de débits de combustible. En conséquence, l'invention est caractérisée en ce que les moyens d'alimentation en combustible comprennent des buses distino- tes, principale et pilote, destinées à alimenter le corps creux, respectivement en débits de combustible principal et pilote. les buses, principale et pilote sont, de préférence, disposées concentri@@ement. Ces buses peuvent être placése à l'extrémité aval d'un conduit ayant des @hemins de passage distincts qui le traversent, pour le combustible principal et le combustible pilote, ce conduit passant à travers une envelopre, et étant réuni à celle-ci par un joint @lissant. Il existe@ de préférence, un corps extérieur qui enveloppe au m@@@s parti@llement, le cor@@ creux et qui limite avec lui un pas @@ @'écou@ destiné à @@@@ alimen@@ en air sous pression, des moyens de déflexion étant prévus pour infléchir le courant comb@stible et d'air sous pression venant du corps creux, en dipection d'un courant d'air comprimé venant du passage d'écouleme La surface interne du co@ps creux peut présenter, en amont de la partie sur laquelle s'écoule le combustible, une lèvre dirigée vers l'intérieur. Les movens de déflexion sont constitués de préférence par un prgane conique. Celui-ci peut être fixé au corps creux au moyen "@@ntretoises, le sommet du cône @e trouvant au voisinage @e la lèvre mentionnée plus haut. L'invention concerne également tout moteur à turbine à gaz ou tout réacteur équipé d'au moins un injecteur de combustible te@ que défini ci-dessus. On donnera, maintonant, uniquement à titre d'exemple une @seription d'un mode de réalisition d'un injecteur confo@me à @invention. On se réfèrera pour cela aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique, partiellement @@ coupe, @'un réacteur conforme à l'invention, équipé d'injecteurs de com @ustible. - la figure 2 est une vue en coupe d'un injecteur de combu@ti- ble selon l'invention ; - la figure 3 est une vue en coupe selon 3-3 de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue en coupe, à plus grande échelle, d'une partie du même injecteur de combustible. La figure 1 représente un réacteur 10, ayant une enveloppe extérieure 11 dans laquelle sont montés, en série, un ou plusieur comprosseur@ 12, un équipement de combustion 13, une ou plasieur @@rbines 14, et un ensemble d'éjection 15. Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, l'équipement combustion 13 comprend des injecteurs de combustible 13a, qui so montés, chacun, à l'intérieur d'un tube à flamme correspondant 1@ qui, pendant le fonctionnement, est alimenté en air sous pressi@ venant du compresseur 12 ou de l'un d'eux.Du combustible est aj@@@e à l'intérieur de chaque tube à flamme 16 à l'air sous pression, pour former avec lui un mélange combustible-air qui peut être enflammé ensuite ; les produits de la combustion, après avoir été refroidis d'une manière bien connue, sont dirigés jusqu'à la turbine 14 qui entraine le compresseur 12, puis les gaz diéchap- pement sont chassés à travers l'ensemble d'éjection 150 A l'intérieur de chaque tube à flamme 16, est rigidement fixé un organe annulaire de captation 17, qui est ouvert à ses deux extrémités, à son extrémité amont 18 (sur la partie gauche de la figure 2) et à son extrémité aval 19.Cet organe 17 a une partie médiane 20 substantiellement cylindrique, mais son extrémité amont 18 s'évase vers l'extérieur, en direction amont, tandis que son extrémité aval 19 stévase vers ltextérieur, en direction aval. Un corps atomiseur creux 21, substantiellement cylindrique, est monté rigidement à l'intérieur de l'organe de captation 17, au moyen de trois entretoises radiales 22, espacées angulairement, dont l'une seulement est visible sur la figure 2. En variante, le corps central 21 et l'organe de captation 17 pourraient titre rigidement réunis par une seule entretoise 22. Alors que la face extérieure 23 du corps 21 est substantiellement cylindrique, sa surface interne 24 est profilée à ses extrémités amont et aval pour présenter des bords ou des lèvres 27a et 27b. Le corps 21 est ouvert à ses deux extrémités, et ses faces externes et internes 23, 24 sont réunies à des faces obliques 25, 26, s'étendant substantiellement dans le sens radial, qui se trouvent respectivement à ses extrémités amont et aval. Comme on peut le voir sur la figure 2, la face 25 s'évase en direction amont, en allant de la face interne 24 à la face externe 23, tandis que la face 26 ss'évase en direction aval, entre les faces 24 et 23. A l'extrémité aval du corps 21, est monté un organe conique 28, qui y est rigidement fixé au moyen de trois entretoises 29, espacées angulairement. Le sommet du cbne 28 se trouve juste en aval du bord ou de la lèvre 27a, et il est situé sur l'axe longitudinal du corps 21, tandis que la paroi inclinée de ce même cane a, par rapport à la face 26 du corps 21, et à l'extrémité aval 19 de l'organe de captation 17, une inclinaison telle qu'il limite un passage d'écoulement à section substantiellement constante La face interne 24 du corps 21 est destinée à être alimentée, pendant le fonctionnement, en combustible principal et en combustible pilote, grâce à une ouverture 31 ménagée dans le corps 21. Cette ouverture 51 est tangente à la face interne 24 (voir la figure 3), et elle reçoit un conduit 32 d'alimentation en combustible, s'étendant radialement, qui se prolonge à travers l'envelop- pe extérieure 11. Comme on peut le voir sur la figure 4, le conduit de combustible 32, a, à son extrémité aval, une buse annulaire 36 qui entoure concentriquement une buse 37. Ces buses 36 37 communiquant respectivement avec des passages d'écoulement distincts 40, 41, se trouvant à l'intérieur du conduit 32 ; ces passages 40, 4i, sont établis pour être parcourus respectivement par un courant de combustible principal et un courant de combustible pilote. Le passage d'écoulement principal 40 de combustible se trouve à l'intérieur d'un tube 42, qui s'étend à partir d'un élément en forme de coupe 43, ayant un prolongement 44, dans lequel est ménagé un passage de' combustible pilote 45. L'élément 43 est fileté pour recevoir un autre tube 46, présentant intérieurement un passage d'écoulement 47, réservé au débit de combustible principal ; le passage 47 communique, par l'intermédiaire d'un passage 50, foré dans une pièce de remplissage 51, avec le passage d'écoulement 40. La pièce de remplissage 51 est cylindrique ; dans ses faces extrê-' mes opposées dans le sens axial, sont creusées des rainures annulaires de répartition, respectivement 52 et 53, qui sont reliées l'une à l'autre par des trous 54, espacés angulairement. La rainure annulaire de répartition 52 communique avec le passage 50, tandis que la rainure annulaire de répartition 53 communique, par l'intermédiaire d'un passage 55, avec le passage d'écoulement 41 de combustible pilote. Ainsi qu'on le comprendra, comme il existe deux buses distinctes 36 et 37, pour des débits de combustible principal et pilote, ces buses peuvent avoir des dimensions différentes, pour qarrespondre aux débits-respectifs de combustible, de sorte que 1' injecteur peut être utilisé pour une large gamme de débits. Pendant le fonctionnement, de lVair sous pression circule à l'intérieur 30 du corps 21, ainsi qugà travers l'espace annulaire 33 existant entre organe de captation 17 et le corps 21. Comme ltouverture 31 est tangente à la face interne 24, le combustible qui en sort s'enroule sur lui-meme sur la face interne 24, et y forme un anneau de combustible.Cet anneau tourbillonne avec une composante dirigée vers l'aval et, quand il arrive au bord ou à la lèvre 27a, le courant dpair central qui circule à l'intérieur de cet anneau de combustible, le détache de la face interne 24 du corps 21, en l'étalant comme une feuille mince Cette dernière, qui est entraRnée par l'air sous pression, peut rester intacte sur une courte distance mais, comme l'organe conique 28 dévie radialement vers l'extérieur, le courant d'air et le combustible, atomisé au moins partiellement, ce dernier se mélange graduellement à l'air pour former un c8ne de pulvérisation. Le courant d'air qui circule à travers lXespace 33, se mélange au courant d'air central et au combustible pulvérisé qui ont été déviés, pour produire une atomisation encore plus complète du combustible. On notera que ce dernier est entraîné entre deux courants d'air qui tendent à donner un mélange particulièrement bon et une atomisation efficace ; ces courants d'air tendent aussi à empocher le dépôt de combustible sur les faces dirigées vers l'amont de organe conique 28, ainsi que sur l'extrémité aval 19 de l'organe de captation 17. Comme le corps 21, l'organe 17 et le cône 28 sont tous rigidement fixés au tube à flamme 16, il est nécessaire de raccorder le conduit de combustible 32 d'une maniere qui permette une dilatation thermique différentielle entre l'enveloppe extérieure 11 et ce tube à flamme 16. On parvient à ce résultat grâce à un joint glissant 34, monté sur l'enveloppe extérieure 11, à l'endroit où elle est traversée par le conduit 32 On notera lue l'on parvient, de cette façon, à un agencement très simple d'un injecteur de combustible, qui procure une position précise du corps 21, et qui dispense de l'emploi de têtes de pulvérisation et de-leurs accessoiress Une autre caractéristique importante est que la structure décrite ci-dessus laisse une région 35, relativement grande, entre le bord ou la lèvre 27a, et l'extrémité aval de organe de capta- tien 17, dans laquelle le mélange du combustible et de 1 air peut s'effectuer. Grâce à une conception convenable de ltappareil, on peut obtenir que la vitesse du courant d'air dans la région 35, soit supérieure à la vitesse de propagation de la flamme. On obtient ainsi l'assurance que la flamme ne peut pas, pendant le fonctionnement, pénétrer en amont au-delà de la région 35. On préserve, de cette façon l'efficacité de l'amotisation du combustible, tout en maintenant substantiellement exempt de dépôt de carbone, l'intérieur 30 du corps, l'orifice de sortie du combustible, et l'ouverture 31. On remarquera que, bien que l'on ait décrit les injecteurs de combustible 13a de la structure ci-dessus comme faisant partie de 12équipement principal de combustion 13 du réacteur 10, ils pourraient faire partie, en plus ou en variante, d'un équipement de réchauffe logé dans l'ensemble d'éjection 15. Plusieurs variantes peuvent être apportées à la structure que l'on vient de décrire. Par exemple, les bords ou les lèpres 27a et/ou 27b peuvent être formés à l'intersection des faces externes et internes 23 et 24 du corps 21, par une incurvation de la face externe 23, plus prononcée que l'incorvation à l'intérieur de la face interne 24e Le cône 28 peut être fixé à l'organe de capta tion 17, au lieu d'être attaché au corps 21. Le nombre des entretoises 22 peut être supérieur à 3, et leur inclinaison par rapport au courant d'air extérieur peut être telle qutelles créent un certain tourbillonnement0 Celui-ci aide les couches les plus extérieures du courant d'air qui circule dans l'espace 33, à adhérer à l'extrémité aval 19 de l'organe 17, et procure une aide supplémentaire tendant à empêcher le dépôt de combustible sur le c8ne 28, et à maintenir un cône constant de pulvérisation, dans des conditions différentes de marche, En outre, le réacteur peut etre pourvu d'un unique tube à flamme, au lieu de posséder un ensemble de tubes à flamme 16. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux termes de la description qui précède, mais elle en comprend, au contraire, toutes les variantes à la portée d'un homme de métier. REVENDICATIONS 10) Injecteur de combustible pour moteur à turbine à gaz ou pour réacteur, comprenant un corps creux dont l'intérieur est destiné à être alimenté en air sous pression, des moyens d'alimentation en combustible dirigeant celui-ci tangentiellements sur la face interne du corps creux, de façon à y former un anneau de combustible se déplaçant vers l'aval, cette face interne présentant une lèvre d'oW le combustible est détaché, cet injecteur étant caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en co;busti- ble comprennent des buses distinctes principale et pilote, servant à fournir au corps creux respectivement un débit principal et un débit pilote de combustible. 20) injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les buses de combustible sont disposées concentriquement. 3 ) injecteur selon la revendication 2, caractérisé-en ce que les buses sont disposées à l'extrémité aval d'un conduit ayant deux passages distincts, l'un pour le débit principal, et l'autre pour le débit pilote de combustible, ce passage traversant une enveloppe, et étant réuni à celle-ci par un joint glissante 40) injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il existe un corps extérieur qui entoure au moins partiellement le corps creux, et qui limite avec lui un passage d'écoulement destiné à être alimenté en air sous pression, des moyens de déflexion étant prévus pour dévier le courant de combustible et d'air sous pression de l'intérieur du corps creux, en direction d'un courant d'air sous pression venant du passage découlement. 50) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la face interne du corps creux présente, en amont de la partie sur laquelle coule le combustible, une lèvre dirigée vers l'intérieur. 60) Injecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les moyens de déflexion sont constitués par un organe conique. 7.) Injecteur selon la revendication 5, caractérisé an ce que l'organe conique est fixé à organe creux par des entretoises, le sommet du cdne se trouvant au voisinage de la lèvre déjà men- tionnée. 80) Réacteur caractérisé en ce qu'il est équipé d'au moins un injecteur de combustible tel que défini ci-dessus.