Brevet FR2390587A1 — publié le 19781208

L'invention a pour objet une chambre de combustion pour moteurs turbines a gaz, notamment pour moteurs a reaction a turbines a gaz, du type comportant une enveloppe de chambre de combustion et au moins un tube a flamme disposé avec un intervalle radial dans cette enveloppe, l'entrée de la chambre de combustion étant constituee par un diffuseur d'entré s'éfargissant en forme de cone dans la direction d'écoulement axiale de l'air venant du compresseur, ce diffuseur étant relié a ltenveloppe de la chambre de combustion par des élements de paroi interieur et extérieur s'êlargissant également en forme de cane dans la direction de l'écoulement-- principal axial. Une telle chambre de combustion pour moteurs a réaction a turbines a gaz est connue d'après la demande de brevet allemande DT-OS 19 41 873. Dans cette chambre de combustion connue, le diffuseur est fixé, catie entrée, aux extrémités amont des deux éléments coniques de l'enveloppe de la chambre de combustion et pénetre relativement loin dans l'intervalle annulaire essentiellement forme entre ces deux éléments coniques de l'enveloppe et la tete du tube a flamme. Par suite des "zones d'eaux mortes" établies par ce mode de construction dans l'écoulement de l'air venant du compresseur entre les parties de paroi extérieure du diffuseur d'entrée et les éléments obliques adjacents de l'enveloppe de la chambre de combustion, les pertes de charge augmentent de façon non négligeable. En outre, avec le mode de constructhor. décrit, on doit compter avec des conditions d'ecoulement désordonnées dansa chambre de combustion, ce qui peut nuire, le cas echeant, à la combustion homogene que l'on recherche. D'autres entres de chambres de combustion deja proposées et comportant un diffuseur en saillie ne présentent pas de parois inclinées, c'est-à-dire que le diamètre augmente brusquement dans le plan d'entrée du diffuseur depuis les valeurs relatives a l'intérieur et a l'extérieur du diffuseur jusqu'aux valeurs correspondant a l'enveloppe de la chambre de combustion. Si l'on veut que la perte de charge totale reste faible avec ces entrées de chambres de combustion déjà proposes, il faut que leurs diffuseurs en saillie aient une grande longueur. Cela constitue un inconvenient et, dans les moteurs à réaction à turbines a gaz pour avions, agit defavorablement sur le rapport important entre la puissance produite ou la poussée développee et le poids du moteur. L'invention a pour but d'éliminer les inconvénients provoques par les solutions connues et déjà proposées, en créant une chambre de combustion dont on peut réduire davantage la longueur axiale en conservant une perte de charge totale réduite. L'invention a, à cet effet, pour objet une chambre de combustion du type ci-dessus, caractérisée en ce que les éléments de paroi sont constitues par deux faces directrices coniques qui se raccordent au diffuseur d'entrée en aval de son plan de sortie et s'etendent jusqu'à l'enveloppe de la chambre de combustion. Suivant un mode de réalisation particulier de l'invention, la face directrice interieure et la face directrice extérieure sont disposées avec un angle d'inclinaison de 25 à 50 par rapport au plan médian horizontal ou à l'axe longitudinal de la chambre et provoquent une variation brusque de O à 20 X de la section de sortie du diffuseur d'entrée dans le plan de sortie de celui-ci. Conformément a l'invention, la variation brusque de- section, ainsi que l'angle d'inclinaison, peuvent être réalisés avec des valeurs différentes à l'intérieur et à l'extérieur. En outre, les angles entre les extrémités aval des parois directrices et les parties horizontales de l'enveloppe de chambre de combustion qui s'y raccordent sont arrondis. Avec les dispositions conformes à l'invention, on obtient une entrée de chambre de combustion qui provoque des pertes de charge totales considérablement réduites avec une extension axiale relativement plus faible ou qui présente une longueur de construction plus courte avec les mêmes pertes de charge totales. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et du dessin annexé représentant, à titre non limitatif, un exemple de réalisation de l'invention. Sur ce dessin, la figure unique est une coupe axiale d'une chambre de combustion annulaire pour moteur à réàction à turbine à gaz de construction axiale. En aval de la couronne directrice de sortie 1 du compresseur, est dispose un diffuseur d'entrée annulaire axiale 2. A ce diffuseur d'entre 2 se raccordent une paroi directrice extérieure 3 et une paroi directrice intérieure 4. Le,diffuseur d'entree 2 et les parois directrices 3,4, constituent, avec la tete 5 du tube à flamme, ainsi qu'avec l'élément avant de l'enveloppe 6 de la chambre de combustion, l'entrée de cette chambre de combustion. Les zones de raccordement entre les parois directrices 3, 4, et l'enveloppe 6 de la chambre de combustion peuvent être arrondies. L'angle d'inclinaison des parois 3, 4, sur le plan horizontal médian 7 de la chambre de combustion peut être compris entre 25 et 500 En outre, les parois directrices 3, 4, doivent être disposées pour que la section dans le plan de sortie du diffuseur augmente brusquement de A1 à A2 de O à 20 % de la section de sortie du diffuseur. Pendant le fonctionnement, l'écoulement décolle bien dans le plan de sortie du diffuseur d'entrée, mais les cotes du domaine de décollement sont extrêmement faibles par suite de la disposition decrite précédemment ou de 1 'agencement des parois directrices. Avec un ajustement correct des inclinaisons des parois directrices par rapport à la distance de la tête 5 du tube à flamme au diffuseur d'entree 2, l'écoulement decolle revient s'appliquer sur les parois directrices 3, 4. Pour llinvention, il est essentiel que, même en cas d'ecart par rapport aux conditions de conception et de fonctionnement, les décollements de l'écoulement ne puissent être constatés que sur les parois directrices, mais non sur la tête du tube à flamme. On évite ainsi un abaissement de la chute de pression déterminant le débit a travers les orifices de la chambre de combustion On evite également les fluctuations, nuisibles pour le processus de combustion, de l'écoulement à travers lesdits orifices (perçages 8, 9, du tube à flamme 10). Sur le dessin, on a désigné par 11 l'axe longitudinal du moteur. L'invention est tout à fait applicable a d'autres types de chambres de combustion, par exemple à des chambres de combustion purement tubulaires ou a des chambres de combustion combinées annulaires et tubulaires. Dans le cas des chambres de combustion purement tubulaires, les unités de construction telles que diffuseur d'entrée, parois directrices interieure et extérieure, enveloppe de la chambre de combustion, ainsi que tube à flamme doivent être disposée symetriquement par rapport à l'axe longitudinal (7') de la chambre de combustion. Dans le cas d'une chambre de combustion combinée annulaire et tubulaire, il faut, en conservant le principe représenté sur le dessin avec des unités de construction 2, 3, 4, 5 et 6, disposées coaxialement à l'axe longitudinal 11 du moteur, simplement tenir compte du fait que plusieurs tubes à flamme individuels peuvent être disposés à l'intérieur de l'enveloppe 6 de la chambre de combustion avec des intervalles égaux entre eux. Bien que cela ne soit pas representé de façon particulière sur-le dessin, on peut prévoir, en outre, des angles d'inclinaison différents des parois directrices intérieure et extérieure etfou des variations brusques de sectios differenves à l'extrémité intérieure du diffuseur au raccordement avec la face directrice interieure d'une part, et à l'extrémité exterieure du diffuseur, au raccordement avec la face directrice extérieure, d'autre part. Les faces directrices conformes à l'invention peuvent, en outre, être des e;t?ments constitutifs de l'enveloppe de la chambre de combustion. En outre, l'invention est applicable, par exemple, à une chambre de combustion pour moteurs à réaction à turbines à gaz correspondant essentiellement à la solution suivant la demande allemande DT-OS 19 41 873 mentionne dans le préambule. En d'autres termes, les faces directrices intérieure et extérieure peuvent, en conformité avec l'invention, être aussi intégrées dans la structure existante de l'enveloppe de la chambre de combustion ou, de plus, être incorporées aux éléments de parois obliques existants de cette enveloppe. REVEND I CAT IONS 1 /- Chambre de combustion pour moteurs à turbines a gaz, notamment pour moteurs a réaction à turbines à gaz, du type comportant une enveloppe de chambre à combustion et au moins un tube à flamme disposé avec un intervalle radial dans cette enveloppe, l'entrée de la chambre de combustion étant constituee par un diffuseur d'entré s'élargissant en forme de cône dans la direction d'écoulement axiale de l'air venant du compresseur, ce diffuseur étant relié à l'enveloppe de la chambre de combustion par des éléments de paroi intérieur et extérieur s'élargissant également en forme de cône dans la direction de l'écoulement principal axial, chambre caracteri- see en ce que les éléments de paroi sont constitués par deux faces directrices coniques (3, 4) qui se raccordent au diffuseur d'entrée (2) en aval de son plan de sortie et s'étendent jusqu'à l'enveloppe (6) de la chambre de combustion 20/- Chambre de combustion suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la face directrice intérieure (4) et la face directrice extérieure (3) sont disposés à un angle d'inclinaison (CiL) de 25 à 50 par rapport au plan médian horizontal (7) ou à l'axe longitudinal (7') de la chambre et provoquent une variation brusque de O à 20 X de la section de sortie du diffuseur d'entree (2) dans le plan de sortie de celui-ci 30/- Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée par des angles d'inclinai on différent, de la face directrice intfrieure et de l & face directrice exterieure et/ou par des variations brusques de sections différentes à l'extrémité intérieure du diffuseur au raccordement avec la face directrice intérieure, d'une part, et à l'extrémité extérieure du diffuseur au raccordement avec la face directrice extérieure, d'autre part. 4 /- Chambre de combustion suivant l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisée en ce que les faces directrices sont des éléments constitutifs de l'enveloppe de la chambre de combustion.