Brevet FR2108013A1 — publié le 19720512

La présente invention concefne les systèmes de combustion et pluspdrtî- ' culièrement, de tels systèmes utilisable dans les moteurs à turbine â gaz. Dans un type connu de système de combustion pour moteur â turbine à gaz, l'air primaire pénètre dans la chambre de combustion à travers une rangée 5 d'aubes créatrices de tourbiOon qui sont disposées radialement dans la prise d'air annulaire. Cette disposition communique à" l'air primaire une composante tourbillonnaire pour réaliser le mélange de l'air et du combustible, mais son coefficient de décharge est relativement faible et le film d'air formé est relativement épais. Un dispositif à coefficient de décharge plus élevé pourrait fournir 10 un meilleur mélange en raison de gradients de cisaillement plus importants ainsi qu'un meilleur allumage du fait d'une épaisseur de film plus faible résultant de ce coefficient plus élevé. La présente invention propose un dispositif d'entrée d'air primaire ne requérant pas d'aubes créatrices de tourbillon et ayant un coefficient de décharge 15 supérieur à celui d'un dispositif à aubes à tourbillons. Selon l'invention, une chambre de combustion présente une prise d'air annulaire assurant l'entrée de l'air primaire dans la chambre de combustion, cette prise d'air annulaire étant divisée par des moyens déflecteurs en au moins deux canaux annulaires,dont l'un sert pour l'introduction du courant principal 20 d'air primaire dans la chambre de combustion, tandis que l'autre canal permet la circulation d'un courant d'air qui épouse par effet Coanda la paroi la plus interne des moyens déflecteurs lorsque la chambre de combustion est en service. L'emploi d'un tel dispositif pourrait, signifier une réduction des températures des parois du système de combustion en raison du parcours obligé selon le-25 quel le gaz combustible se déplace en direction des parois et en raison de l'absence d'échange instable d'air non-tourbillonnant de refroidissement des parois avec l'air qui a traversé les aubes tourbillonnaires. Le^rioyens déflecteurs peuvent être constitués par une plaque déflectrice annulaire comportant une partie cylindrique s'ouvrant vers l'aval par une partie 30 en forme de cloche. Les moyens déflecteurs peuvent être portés par une série dIaubes s'éten-dant entre la paroi de la chambre de combustion et les moyens déflecteurs. Les aubes peuvent être conçues de façon à communiquer une composante tourbillonnaire à l'air traversant ledit canal extérieur. 35 La présente invention peut s'appliquer aussi bien aux chambres de combus 71 34690 2 2108013 tion de types tubulaire, tubo-annulaire, ou annulaire. On décrira maintenant, à titre dfexemple non limitatif, deux formes de réalisation de l'invention en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels : 5 - la figure I est un schéma partiel en élévation d'une première forme de réalisation de chambre de combustion et - la figure 2 est un schéma partiel en élévation d'une seconde forme de réalisation. Au dessin, la chambre de combustion du moteur à turbine à gaz présen-10 te une embouchure divergente frontale 10 de tube à flamme ayanTune partie amont 12 cylindrique et une plaque déflectrice 14 circulaire portée dans l'embouchure frontale 10 par une couronne d'aubes 16 équidistantêsqui sont conçues pour fournir un courant non-tourbillonnaire. Un manchon 18 disposé au-dessus d'un injecteur de carburant 20 est fixé à la plaque déflectrice par une couron-15 ne d'aubes 21 aérodynamiques équidistantes qui sont destinées à fournir un courant non-tourbillonnaire mais qui peuvent être conçues pour communiquer à l'air, si on le veuf, une composante tourbillonnaire ; et la plaque déflectrice .14 présente une partie cylindrique 14a ainsi qu'une section 14b en forme de cloche. 20 Une prise d'air annulaire 22 pour l'introduction du courcnt d'air primai re dans la chambre de combustion est délimitée par la partie cylindrique 12 et le manchon 18 ; la prise d'air est séparée en deux canaux annulaires 24 et 26 par la partie cylindrique amont 14a de la plaque déflectrice 14. Pour que le courant primaire principal s'écoulant dans le canal 24 puisse 25 épouser les parois de l'embouchure 10, |a lèvre extérieure 14c de la plaque déflectrice s'étend au-delà de la paroi extérieure du canal 24, c'est-à-dire que le diamètre A est supérieur au diamètre B, tandis que l'angle & est supérieur ou égal à l'angle 0 . Il est également intéressant que la section du canal 24 décroisse progressivement en direction aval pour favoriser l'adhérénce de l'écoule-30 ment au niveau du coude 28, en maintenant ainsi le coefficient de décharge à une valeur élevée. Un film d'air s'écoulant dans le canal 26 est destiné â adhérer contre la surface courbe la plus interne de la plaque déflectrice grâce à l'effet Coanda pour éviter calaminage et échauffement par le recyclage primaire. A l'entrée 35 de la courbe de la plaque déflectrice, l'écoulement de la couche limite s'accé- 71 34690 3 2108013 1ère sous l'effet d'une dépression engendrée par la courbure et l'écoulement étant stable, M demeure au contact de la plaque. A la sortie de la courbe toutefois, la couche limite doit vaincre un gradient de pression antagoniste car la ■v t ♦; ' pression sur la paroi passe d'une dépression à fa pression ambiante. L'accroisse-5 ment de la pression sur la paroi en liaison avec la charge dynamique dépend principalement de la relation t/R] et si t/R^ est inférieur à une certaine valeur critique, la vitesse de transfert d'énergie de l'écoulement principal à la couche limite est suffisante pour vaincre le gradient de pression antagoniste et l'écoulement demeure adhérant. Quand Rj~ R£ et 0 = 90°, la valeur critique de VO t/R| est d'environ 1/5. L'écoulement adhérant par effet Coanda a pour rôle de protéger la plaque déflectrice du contact avec les produits de recyclage chauds et charbonneux et pour éviter que ces produits ne pénètrent jusqu'à la paroi de la plaque déflectrice, t/R], devra être supérieur à toute valeur critique qui est estimée à, ap-15 proximativement 1/13. Par conséquent, pour obtenir un fonctionnement satisfaisant, on devra avoir l/5>t/Rj > 1/13. Le bord E pourrait être bisauté selon un angle0^^: 45°, pour permettre le décollement et la distance "â" entre le bord E et le début de la courbure de la plaque déflectrice ne devrait pas dépasser 3t. Les aubes 21 seront de préfé-20 rence de section aérodynamique car les turbulences produites par des corps même presque plans mais présentant de petits angles vifs ont des effets désastreux sur l'adhérence par effet Coanda. La face d'extrémité 14c de la plaque déflectrice a pour but d'accélérer le mélange turbulent initial entre le courant primaire principal et le courant de 25 recyclage voisin additionné de combustible vaporisé, à la façon des grands remous se produisant derrière le$éubes créatrices de tourbillons. Les bords E2 et E3 doivent être à angle droit et non arrondis pour permettre au courant primaire principal et au courant adhérant par effet Coanda de se séparer de la plaque. 30 On a trouvé que le dispositif décrit ci-dessus assure une réduction nota ble de la quantité de fumée émise pour les puissances élevées développées par le moteur, un allumage meilleur notamment à haute altitude, un meilleur refroidissement de l'embouchure du tube de flamme ; de plus le refroidissement peIlieu la ire normal servant à refroidir les parties aval ( non représentées ) de la cham 71 34690 4 2108013 bre de combustion n'est pas interrrompu comme c'est le cas pour les configurations d'écoulement formées par les aubes à tourbillons. L'invention peut également s'appliquer parfaitement aux chambres de combustion de type tubulaire, tubo-annulaire et annulaire et la figure 2 montre 5 justement l'invention appliquée à une chambre de combustion de type annulaire. La chambre de combustion annulaire 30 présente une plaque déflectrice annulaire 32 qui est portée par des aubes 34 équidistantes. La plaque déflectrice 32 comporte deux pièces circulaires 36 et 38 qui constituent en combinaison une plaque déflectrice ayant une partie annulaire 32a à génératrice rectîligne et 10 une partie annulaire 32b en forme de cloche. On comprendra que bien que l'invention ait été décrite en référence aux moteurs à turbine à gaz, elle pourrait s'appliquer avantageusement à tout autre type de brûleurs à combustible liquide. 71 34690 5 2108013 REVENDICATIONS 1. Chambre de combustion à prise d'air annulaire pour l'écoulement d'air primaire dans la chambre de combustion , caractériséeen ce que cette prise d'air étant séparée par un moyen déflecteur en au moins deux canaux annulaires, dont l'un assure l'écoulement principal de l'air primaire dans la chambre de 5 combustion tandis que l'autre sert à l'écoulement d'un courant d'air adhérant â la paroi la plus interne du moyen déflecteur par effet Coanda lorsque la chambre de combustion fonctionne. 2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen déflecteur est constitué par une plaque déflectrice annulaire pré- 10 sentant une partie cylindrique s'ouvrant vers l'aval par une partie en forme de cloche. 3. Chambre de combustion selon l'une -des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que le moyen déflecteur est porté par une série d'aubes s'étendant entre la paroi de la chambre de combustion et le moyen déflecteur. 15 4. Chambre de combustion selon la revendication 3 caractérisée en ce qu'un manchon est fixé au moyen déflecteur par des aubes. 5. Chambre de combustion selon la revendication 4 caractérisée en ce que les aubes sont conçues pour communiquer une composante tourbillonnaire à l'air s'écoulant dans cet autre passage. 20 6. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est de type tubulaire. 7. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle est de type tubo-annulaire. 8. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 25 à 5, caractérisée en ce qu'elle est de type annulaire. 9. Moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il est équipé d'une chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.