Brevet FR2134083A1 — publié le 19721208

La présente invention concerne un appareillage de combustion et en particulier, mais non exclusivement, un appareillage destiné à un moteur à turbine à gaz. L'usage courant est d'injecter du carburant dans l'appareillage de combustior. des moteurs à turbin à gaz au moyen dtun aJutage passant par une ouverture ménagée dans l"s tubes à flammes de l'appareillage du côté amont. Le carburant est pulvérisé par l'ajutage et se mélange dans le tube à flammes avec l'air primaire --ui a pénétré par la couronne entourant l'a utage, et avec l'air secondaire qui pénètre par des ouvertures ménagées dans les parois du tube à flammes.L'air secondaire est très agité, il se mélange intimement au carburant et l'allumage se produit. I1 est souhaitable que le mélange d'air et de carburant ainsi produit soit aussi homogène (;ue possible, qu'il se vaporise autant de carburant que possible avant la combustion, et que le mélange soit régulièrement réparti à l'intérieur du tube à flammes. Tous ces éléments contribuent à produire une combustion efficace, un chauffage homogène des parois du tube à flammes et un gradient de température régulier à la sortir de ce tube. Pour atteindre ce but, on a utilisé divers procédés tels que conception et localisation convenables de l'ajutage par rapport au tube à flammes, plaques de projection ou bras en T pour vaporiser et répartir le carburant. Hais avec les températures toujours plus élevées utilisées au;ourdthui dans les tubes à flammes, ces éléments ne donnent pas un service aussi prolongé qu'on voudrait t la présente invention a pour but de réaliser un appareillage de combustion résolvant ce problème. La présente invention a pour but de réaliser un appareillage de combustion comportant au moins un tube à flammes possédant une entrée d'air primaire et un écran placé n travers du tube a' flammes en aval de l'entrée d'air primaire, au moins un conduit ayant un tracé interne tortueux, allant de l'entrée d'air primaire à une ouverture ménagée dans l1écran, des organes d'injection de carburant dans le conduit, et des organes de distribution du carburant provena:t du conduit dans le tube à flammes. Le conduit peut comporter un ou plusieurs coudes très accentués et, par conséquent, avoir la forme d'un S ou d'un Z. plais le conduit pourra aussi trc relativement rectiligne et le chemin tortuux interne sera réalisé par une série de plaques déviatrices. La partie la plus e amont du conduit pourra avoir la forme d'un diffuseur et la section transversale de cett partie du conduit pourra passer de la forme rectangulaire à la forme circulaire en direction de l'av 1. Les organes d'injection de carburant peuvent comprendre un tuyau dont une extrémité est raccordée à une source de carburant et dont l'autre extrémité pénètre dans la partie du conduit la plus en amont. Le carburant pourra pénétrer dans le conduit par une fente dont le plan sera perpendiculaire à l'axe longitudinal de cette partie amont du conduit. A l'intérieur du conduit, des projections dirigées vers son centre et placées à proximité immédiate de chaque discontinuité de son tracé (par exemple aux coudes) empAecheront l'accumulation de carburant. Le conduit pourra s'étendre en aval de écran calorifique et les organes de distribution de carburant pourront être fixés à cette partie aval du conduit. De préférence, les organes de distribution de carburant comprendront un plateau pourvu d'un bossage pointu central entouré de plusieurs nervures annulaires concentriques à ce bossage. L'invention peut s'applifuer également aux appareillages de combustion tubulaires, tubulaires-annulaires, ou annulaires. L'invention va être décrite plus en détail en se référant aux dessins annexés, donnés uni uement à titre d'exemples, et dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un moteur à turbine à gaz équipé d'une forme d'appareillage de combustion selon l'invention; - la figure 2 est une vue de détail en élévation d'une partie de l'appareillage de combustion de la figure 1; - la figure 3 est une vue selon la flèche 'A de la figure 2; et - la figure 4 est une coupe partielle du conduit représenté à la figure 3. Sur les dessins, on voit un moteur à turbine à gaz 10 comportant, dans le sens d'écoulement des gaz, un ventilateur (ou compresseur basse pression) 12, un compresseur (haute pression) 14, un appareillage de combustion 16, et une turbine 18. Sur la figure 2 n particulier, on voit que l'appareillage de combustion 16 est monté à l'intérieur du carter 20 du moteur 10 et cu'il comporte un diffuseur annulaire externe 22 et un diffuseur annulaire interne 24 auquel est fixé une couronne d'aubes de guidage de sortie 26 équiespacées. Un tube à flammes 28 comprend une paroi externe annulaire 30, une paroi interne annulaire 32, et un bec annulaire 34 possédant une pluralité d'ouvertures 36 équiespacées pour l'admission d'air primaire. Un écran calorifique annulaire 38 s'étend entre les parois Interne et externe 30 et 32 du tube à flammes 28 dont les parois possèdent également un pluralité d'ouvertures à collerette 40 pour l'admission d'air secondaire. Un conduit en forme de Z part de chacune des prises d'air 36 et passe par une pluralité d'ouvertures 42 ménagées dans l'écran calorificue 38. La partie la plus en amont 44 du conduit est un diffuseur; sa section transversale et sa surface varient depuis l'entrée d'air 36, ou il est rectangulaire, jusqu'à sa jonction avec la seconde branche 46 du conduit, où il est cylindrique. La partie 44 possède un bossage 48 dans lequel vient aboutir un tuyau d'alimentation en carburant 50 passant par des ouvertures ménagées dans le carter 20 du moteur, dans l'enveloppe du diffuseur 22 et dans la paroi 30 du tube à flammes. Une fente 52 est découpée dans le fond du tuyau pour que le carburant pénètre dans la partie 44, le plan de cette fente étant perpendiculaire à l'axe longitudinal de cette partie 44. La partie la plus en aval du conduit 54 dépasse légèrement, vers l'aval, l'écran calorifique 38; un distributeur de carburant 54 ayant la forme d'un plateau 56, est fixé à la partie 54 au moyen de quatre pieds 59. Le plateau 56 possède un bossage central 58 et trois nervures annulaires 60 entourant celui-ci. On voit clairement sur la figure 4 que l'intérieur du conduit possède une pluralité de projections internes 62, 64, 66 et 68 dirigées vers le centre du conduit. En fonctionnement, le carburant est injecté dans le conduit. par la fente 52; il s'y mélange avec l'air primaire pénétrant par les fentes 36. La forme en diffuseur de la partie 44 provoque une expansion du mélange d'air et de carburant et ce dernier a tendance à se vaporiser. Pour parcourir le conduit, le mélange d'air et de carburant doit franchir les deux coudes situés, l'un entre les parties 44 et 46, l'autre entre les parties 46 et 54. Ces changements brusques de sens produisent une grande turbulence dans l'écoulement, accentuant le mélange d'air et de carburant et provoquant la vaporisation d'une grande partie de ce dernier. Le carburant s'échappant de la partie 54 vient frapper le plateau 56 qui répartit régulièrement le mélange d'air et de carburant à l'intérieur du tube à flammes où il brule. Les projections 62 et 68 servent à empêcher l'accumulation de carburant dans le conduit, spécialement aux endroits de changement brusque de sens tels que les angles aigus : c'est ainsi que, si le carburant a tendance à s'accumuler à la jonction des parties 44et 46, il devra contourner la projection 62 qui ltobligera à regagner le courant s'écoulant dans le conduit, les angles pouvant constituer des zones inertes, sans écoulement ou avec un écoulement très réduit. De mrne, les nervures 60 placées sur le plateau 56 servent à briser tout goutttlette de carburant encore présente, chaque gouttelette frappant le plateau étant chassée en touchant l'arnte des nervures 60 et rejetée dans le courant principal où elle se désagrège. Bien que l'invention ait été décrite en se référant à un conduit en forme de Z, il est bien entendu que ce dernier peut avoir n'importe quelle forme tortueuse ou même être rectiligne, le tracé tortueux étant, dans ce cas, obtenu au moyen de plaques déflectrices fixées à l'intérieur du conduit. L'invention peut égaleriient s'appli uer aux autres formes connues d'appareillages de combustion, différentes des appareils à tubes à flammes annulaires, telles que celles du type tubulaire ou tubulaire-arriulaire. L'appareillage décrit ci-dessus permet de réaliser le mélange intime d'air et de carburant dans une longueur réduite en comparaison des appareillages connus; en outre, le carburant est mieux vaporisé rt plus régulièrement réparti et, par conséquent, le chauffage des parois des tubes à flammes est plus régulier ainsi que le gradient de température à la sortie de l'échappement du tube à flammes. L'invention dispense en outre d'un bras de brûleur et d'un ajutage et surtout réduit au minimum les organes d'introduction et de répartition du carburant qui se trouve en fait placé à l'intérieur de la partie la plus chaude du tube à flammes. L'invention peut s'appliquer à un moteur utilisant aussi bien du carburant li uide que du carburant gazeux, le tube d'alimentation en carburant 50 étant, dans ce cas, monté de façon à pouvoir se raccorder, soit à une source de carburant li uide, soit à une source de carburant gazeux. REVENDICATIONS 1. Appareillage de combustion comportant au moins un tube à flammes possédant une entrée d'air primaire et un écran placé en travers du tube à flammes en aval de ltentréS d'air primaire, au moins un conduit ayant un tracé interne tortueux, allant de l'entrée flair primaire à une ouverture ménagée dans l'écran, des organes d'inJection de carburant dans le conduit, et des organes de distribution du carburant provenant du conduit dans le tube à flammes. 2. Appareillage selon la Revendication 1, dans lequel le conduit comporte un ou plusieurs coudes brusques. 3. Appareillage selon les Revendications 1 ou 2, prises séparément, dans lequel le conduit a la forme d'un Z. 4. Appareillage selon une des Revendications 1 à 3, dans lequel la partie du conduit la plus en amont est un diffuseur. 5. Appareil selon l'une des Revendications 1 à 4, dans lequel le dispositif d'inJection de carburant comprend un tuyau pénétrant dans la partie du conduit la plus en amont. 6. Appareillage selon la Revendication 5, dans lequel le tuyau peut recevoir, selon les besoins, un carburant liquide ou un carburant gazeux. 7. Appareillage selon l'une des Revendications 1 à 6, dans lequel l'intérieur du conduit est pourvu de saillies dirigées vers son centre pour éviter l'accumulation de carburant dans le conduit. 8. Appareillage selon la Revendication 7, dans lequel les saillies sont disposées à proximité immédiate de toute discontinuité du parcours interne du conduit. 9. Appareillage selon l'une des Revendications 1 à 8, dans lequel le conduit s'étend en aval de l'écran. 10. Appareillage selon l'une des Revendications 1 à 9, dans lequel les organes de distribution de carburant comportent un plateau fixé à l'extrémité aval du conduit. 11. Appareillage selon la Revendication 10, dans lequel le plateau comporte un bossage central pointu et un pluralité de nervures annulaires. 12. Appareillage selon l'une des Revendications 1 à 11, comportant une pluralité de tubes à flammes, équiespacés autour d'un axe central, chaque tube étant cylindriaue et possédant un conduit particulier allant de l'orifice d'admission d'air primaire du tube Jusqu'à l'ouverture managée dans l'écran disposé transversalement dans ledit tube. 13. Appareillage selon l'une des Revendications 1 à 11, dans lequel le tube à flammes est annulaire et possède une fente annulaire d'admission d'air primaire, un écran annulaire occupant la section transversale de ladite fente annulaire, et une pluralité de conduits équiespacés allant de l'orifice d'admission d'air primaire aux ouvertures ménagées dans l'écran. 14. Appareillage selon l'une des Revendications 1 à 11, dans lequel le tube à flammes est annulaire et possède une pluralité d'orifices d'admission d'air primaire, un écran calorifique annulaire et une pluralité de conduits s'étendant chacun depuis l'un desdits orifices jusqu'aux ouvertures ménagées dans l'écran.