Brevet FR2203023A1 — publié le 19740510

L'invention est relative aux chambres de combustion pour turbines à combustion, et notamment pour turbo-réacteurs, et plus particulièrement aux chambres de combustion dites à injection pneumatique dans lesquelles l'injection de combustible liquide est réalisée par des gicleurs alimentés sous pression et disposés dans un courant d'air qui provoque la pulvérisation du combustible. Dans les chambres de combustion de ce genre, l'évaporation du combustible et sa combustion sont des phénomènes étroitement liés. En l'absence de dispositions particulières, les gouttelettes de combustible sont, dès la sortie des gicleurs, entourées de poches de vapeur. La combustion débute dans des zones très riches en combustible, les flammes rayonnent beaucoup et échauffent exagérément les parois proches, des dépats de carbone solide risquent de se produire sur le nez des injecteurs échauffés, des suies se forment que l'on retrouve dans les gaz d'échappement ainsi que des dégagements d'oxyde de carbone. On a déjà pensé à éliminer ces inconvénients en équipant les chambres de combustion du genre précité par des dispositifs dits " de prévàporisation dont on escompte qu'ils retardent la combustion jusqu'au moment ou l'évapora- tion du combustible est à peu près complète. Ces dispositifs sont en général des " cannes ", c'est-à-dire des tubes recourbés à leur extrémité aval disposés dans la zone de flamme et alimentés en air par leur extrémité amont. Le combustible y est injecté à l'état liquide. L'air y circule à vitesse élevée (par exemple de l'ordre de 60 mètres par seconde) et y provoque la pulvérisation du combustible dont l'évaporation est favorisée par les parois chaudes des tubes. Les débits respectifs d'air et de combustible sont dosés peur obtenir des mélanges gazeux très riches afin d'éviter l'inflammation prématuré. dans les cannes. En fait, on a constaté que l'évaporation à la suite des cannes n'est pas totale et qu'il subsiste souvent un brouillard résiduel, ce phénomène étant sans doute provoqué par la centrifugation des gouttelettes dans les coudes des cannes. Cette centrifugation engendre á l'aval des coudes un écoulement très hétérogène, relativement pauvre en combustible au voisinage des courbures internes et très riche au voisinage des courbures externes, d'où un risque d'inflammation prématurée et de détérioration des cannes. L'invention a pour objet une chambre de combustion de forme tubulaire ou annulaire, à injection pneumatique, dans laquelle on ne constate pas ces inconvénients. Elle permet en effet d'obtenir, en amont de la zone de combustion, un mélange air-combustible intime et homogène avec comme conséquences avantageuses une combustion complète et une zone de combustion de longueur réduite. La chambre de combustion à injection pneumatique de l'invention, de forme tubulaire ou annulaire, est caractérisée en ce qu'elle comporte - les ouvertures d'amenée d'air ménagées dans sa paroi latérale, - des injecteurs tubulaires transversaux à ladite paroi et dont le nez, situé au niveau desdites ouvertures, débite le combustible liquide par des orifices latéraux, les jets de combustible débités par lesdits orifices étant ainsi pulvérisés et rabattus vers l'intérieur de la chambre, - au moins un dispositif déflecteur disposé dans la chambre sur le trajet du mélange air-combustible pour rabattre vers l'amont de la chambre le mélange air - combustible afin d'allonger son parcours et de permettre une vaporisa tion complète avant combustion. Pour mieux faire comprendre le fonctionnement et les avantages de l'invention on en décrit maintenant des exemples de réalisation en se référant au dessin ci-annexé dans lequel - les figures 1 et 2 relatives chacune à un mode de réalisation diffèrent représentent une section axiale d'une chambre tubulaire ou une demi-section axiale d'une chambre annulaire selon l'invention, - la figure 3 est un détail commun aux deux modes de réalisation. La chambre de combustion 1 est délimitée latéralement par une virole 2, si elle est tubulaire, ou deux viroles 2 si elle est annulaire. Son extrémité amont est constituée par une paroi frontale 3 avantageusement en forme de dôme si la chambre est tubulaire ou de demi-tore si elle est annulaire. La ou les viroles périphériques 4 délimitent avec la virole 2 au moins une gaine 5 d'alimentation en air comprimé. Le compresseur alimentant la gaine 5 n'est pas représenté. Des ouvertures 6 d'amenée d'air sont ménagées dans la ou les parois latérales 2. Les injecteurs 7 de kérosène dont l'extrémité 8 est fermée sont disposés transversalement dans des plans diarnétraux de la chambre, au milieu des ouvertures 6 et débitent le kérosène a par des orifices latéraux 9 de faible diamètre, par exemple de l'ordre de 0,5 mm. Les jets d'air b débouchant des ouvertures 6 entratnent le brouillard de gouttelettes de kérosène. Les débits respectifs d'air et de kérosène sont réglés pour que la richesse du mélange soit de l'ordre de 0,8 à 1. La quantité de chaleur nécessaire à l'évaporation est relativement faible et peut être entièrement prélevée sur l'enthal- pie initiale de l'air tout en provoquant une vaporisation rapide. Pour obtenir un mélange homogène et absolument exempt de gouttelettes de carburant, l'invention prévoit des dispositifs de déflexion pour rejeter le flux de mélange c vers l'amont de la chambre afin d'allonger sa durée de circulation avant combustion. Dans la version de la figure 1, la déflexion s'effectue par voie pneumatique. Un tube ouvert 11 traverse la paroi frontale amont 3 et prélève une fraction de l'air par son extrémité amont 12. L'extrémité aval 13 du tube 11 débouche dans la chambre un peu en aval des ouvertures 6. Une plaque transversale 14 est fixée à-ladite extrémité 13 par des pattes 15. L'air d circulant dans le tube 12 est défléchi vers l'amont par la plaque 14 et dévie, également vers l'amont, le flux c de mélange combustible lequel, de nouveau dévié par la paroi 3, reflue entre les jets de brouillard issus des ouvertures 6 et des injecteurs 7 vers la zone de combustion, ladite zone étant disposée dans la partie aval de la chambre, partie qui n'est pas représentée. Dans la version de la figure 2, les jets de mélange air-kérosène issus des ouvertures'6 et des injecteurs 7 sont dirigés vers l'amont par des plaques obliques 16 fixées sur la ou les viroles '2 en aval des ouvertures 6. Des voiles latéraux 17 joignent les bords des plaques 16 aux viroles 2 et délimitent ainsi des canaux déflecteurs 18 agissant sur les jets de mélange et entre lesquels circule vers l'aval le flux de mélange défléchi par la paroi 3. D'après les exemples qui précèdent, il est évident que la chambre de combustion de l'invention permet d'obtenir,avant tout début de combustion, un mélange homogène de l'air et des vapeurs de combustible, et que les éléments de la chambre sont protégés contre l'échauffement, les dépôts de suie, etc... puisqu'ils sont tous refroidis par circulation d'air. REVENDICATIONS 1 - Chambre de combustion à combustible liquide pour turbines à gaz, notamment pour turbines de turbo-réacteurs, comportant au moins une paroi latérale et une paroi frontale amont, des ouvertures d'amenée d'air ménagées dans la paroi latérale et débitant des jets d'air dans la chambre, des injecteurs tubulaires de combustible, au moins un dispositif de dé flexion du mélange air-combustible, caractérisée en ce que les injecteurs ont leurs orifices d'injection disposés substantiellement au niveau et au milieu des ouvertures et sont orientés transversalement à la direction des jets d'air et en ce que le dispositif de déflexion dirige vers la paroi amont le mélange d'air et de combustible délivré par les ouvertures coopérant avec les injecteurs. 2 - Chambre de combustion selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dispositif déflecteur comporte au moins un tube ouvert disposé et orienté selon l'axe médian d'une section axiale de la chambre, traversant la paroi frontale pour capter par son extrémité amont une fraction du flux d'air avant passage dudit flux par les ouvertures d'amenée d'air, ayant son extrémité aval en aval desdites ouvertures, et une plaque disposée transversalement en aval de ladite extrémité et qui fait refluer l'air capté vers l'amont, autour du tube, pour défléchir vers la paroi amont le flux de mélange d'air et de combustible délivré par les ouvertures coopérant avec les injecteurs. 3 - Chambre de combustion selon la revendication 1 caractérisée en ce que que le dispositif déflecteur comporte des plaques obliques disposées devant certaines ouvertures et orientées vers l'amont pour défléchir vers la paroi amont le flux de mélange d'air et de combustible délivré par lesdites ouvertures coopérant avec les injecteurs correspondants. 4 - Chambre de combustion selon la revendication 2 et selon la revendication 3.