Brevet FR2420039A1 — publié le 19791012

La présente invention concerne un injecteur de carburant pour groupes moteurs à turbines à gaz pouvant fonctionner avec divers carburants liquides et gazeux tels que gaz naturel liquéfié, éthane liquéfié, gaz à forte teneur en éthane et huile lourde La présente invention vise à réaliser un injecteur de carburant pour moteur à turbine à gaz comprenant une structure définissant un passage de carburant liquide, un passage de carburant gazeux, et un déflecteur de carburant, chacun desdits passages de carburant se terminant par des buses d'injection respectives pour carburant liquide et pour carburant gazeux, la buse de carburant liquide comprenant une pluralité de gicleurs primaires d'où le carburant primaire vient frapper le délecte , et un gicleur cngrge principal pouvant être fermé par un obturateur/,n déviateur étant placé en aval du gicleur principal de carburant liquide et définissant, avec la structure définissant le passage de carburant gazeux, un passage de sortie de carburant par lequel peuvent s'écouler le carburant liquide et le carburant gazeux, et dans lequel circule un courant d'air comprimé Selon un de ses aspects, l'injecteur de carburant selon la présente invention comprend un corps central possédant un passage de carburant liquide se terminant par une pluralité de buses et disposé de façon à etre raccordé à une alimentation de carburant, une coque entourant ledit corps et à distance de lui de façon à former avec lui un passage annulaire de carburant gazeux pouvant Qtre raccordé à une alimentation de carburant, un déviateur porté par la coque en aval des buses, un déflecteur de carburant placé à l'intérieur du corps central coaxialement à lui, le carburant émis par les buses étant dirigé entre le déviateur et la coque, le carburant liquide émis par la majorité des buses venant frapper le déflecteur de façon à réduire l'angle de divergence du carburant, une des buses restantes pouvant entre fermée par un obturateur poussé en position fermée, et un courant d'air comprimé s'écoulant par un passage pour traverser le passage intermé diaire à la coque et au corps central puis le passage intermédiaire à la coque et au déviateur L'invention est décrite ci-apres en détail en se référant à un exemple préféré, non limitatif, de réalisation représenté sur les dessins annexés dans lesquels - la figure 1est une vue schématique de c8té, partiellement écor chée et en coupe,d'un turbo-moteur équipé d'un injecteur de carburant selon l'invention ; et - la figure 2 est une coupe partielle de coté, et à plus grande échelle, de l'injecteur de carburant de la figure 1 Le turbo-moteur 10 de la figure 1 comprend, dans le sens d'écoulement des gaz, un ou plusieurs compresseurs 12, un appareillage de combustion 14 et une ou plusieurs turbines 16, les gaz d'échap- pement des turbines étant évacués à l'air libre par llintermédiai- re d'une turbine de puissance 18 pouvant servir à entratner un appareillage d'utilisation (non représenté) tel qu'un générateur de courant électrique ou une pompe htappareillage de combustion t4 comprend une pluralité de tubes à flamme mélangeurs 20, angulairement espacés les uns des autres, et comportant chacun, à son extrémité amont, un injecteur de carburant 22 Chaque injecteur de carburant 22 comprend un corps central 24 rattaché à une colonne d'alimentation de carburant 26 par une coque 28 . Le corps central 24 comprend un manchon extérieur creux 30, une buse 32, un manchon intérieur 34 et, à une de ses extrémités, un bouchon 36 maintenant en place la buse 32 par l'inter- médiaire du manchon intérieur 34 . Le manchon intérieur 34 est percé d'une pluralité d'ouvertures 78 disposées circonférentiellement pour amener le carburant liquide à la buse 32 . La buse 32 comprend plusieurs gicleurs primaires 40 et un gicleur principal 42 obturé par une soupape 44 chargée par ressort La soupape 44 est maintenue fermée par un ressort 46 s'appuyant à une extrémité contre un flasque 48 du corps 50 de la buse 32 et à l'autre extrémité contre un collier 52 coulissant sur la tige de soupape sur laquelle il est maintenu par un écrou et une rondelle 54 . Le collier 52 comporte plusieurs cordons saillants 56 6 Lemboitant dans un alésage 58 du manchon interne 34, les dimensions de cet alésage et de ces cordons étant choisies de façon à ménager un faible jeu entre eux pour permettre au carburant liquide de remplir l'espace 60 situé en arrière de la tige de soupape Le corps 50 de la buse 32 comporte plusieurs ouvertures équidistantes 62 permettant au carburant de s'écouler vers les gicleurs 40 et 42 .Le manchon extérieur 30 comporte une surface déflectrice de carburant primaire 64 contre laquelle, lorsque le moteur fonctionne, le carburant sortant des gicleurs 40 vient frapper pour former un cane de carburant primaire 66 IB coque 28 forme, avec le corps central 24, un passage annulaire de carburant gazeux 68 et est percé d'une pluralité d'orifices d'entrée d'air équidistants 70 par lesquels peut passer, quand le moteur fonctionne, l'air du ou des compresseurs 12 Un déviateur essentiellement conique 72 est placé en aval de la soupape 44 ; ce déviateur est fixé à la coque 28 par des éléments porteurs (non représentés) . Ltextrémité aval du déviateur 72 porte un écran thermique metallique 74 exposé, pendant le fonctionnement du moteur, à la température intérieure du tube à flamme de sorte qu'il transmet au déviateur 72 assez de chaleur pour éviter l'accumulation de carbone sur ce dernier Le déviateur 72 forme, avec l'extrémité aval de la coque 28, un passage annulaire 76, par où peuvent s'écouler le carburant primaire et le carburant principal (tant liquides que gazeux) La colonne d'alimentation de carburant 26 comporte deux conduits d'alimentation 78 et 80, le conduit 78 étant un conduit de carbu rant liquide communiquant avec les gicleurs 40 et 42 par les ouvertures 38 et 62 tandis que le conduit 80 est un conduit de carburant gazeux communiquant avec le passage 76 par le passage 68 L'injecteur de carburant 22 est conçu pour fonctionner principalement avec du gaz naturel liquéfié (GNL) ou de l'éthane liquide et, pour rester liquides à leur point de sortie de l'injecteur, c1est à dire du gicleur principal 42, jusqu'à des températures d'environ 66pu, ces carburants doivent pouvoir être pressurisés jusqu'à 42 kg/cm à l'intérieur du corps 50, et une pompe (non représentée), pouvant donner une pression de sortie allant jus 2 qu'à 70 kg/ca est montée dans la conduite d'alimentation de carburant en amont de l'ensemble des conduits d'alimentation 78 L'injecteur peut également fonctionner à l'huile lourde qui peut également passer par les conduits 78 Lorsque le turbo-moteur 10 fonctionne au GNL ou à l'éthane liquide, ou encore à l'huile lourde, le carburant passe d'abord par les gicleurs primaires 40 et forme le cône de carburant primaire 66 produit par l'action de la surface déflectrice conique 64 Quand la pression du carburant dans le corps 50 est suffisante pour vaincre la force du ressort 46, la soupape se déplace et le carburant sort de l'injecteur par le gicleur principal 42 pour former le cône de carburant principal 82 qui passe, conjointement avec le cône de carburant primaire, par le passage 76 . Le carburant liquide présent dans l'espace 60 amortit les oscillations éventuelles de la soupape sous l'action de changements soudains possibles de la consommation de carburant L'angle au sommet du jet essentiellement conique de carburant principal est déterminé par la nécessité d'éviter le déviateur 72 et il est essentiellement de 90Q environ . Cet angle convient parfaitement pour le fonctionnement normal du moteur 10 mais il est trop grand pour assurer la stabilité de la flamme aux faibles débits ou la communication de l'allumage aux autres tubes à flam me (en d'autres termes, l'extinetion par débit trop faible peut se produire et la combustion ne s'amorce pas facilement dans un tube à flamme 20 pour se communiquer ensuite aisément aux tubes à flamme contigus 20) .Toutefois, le carburant primaire émis par les gicleurs primaires 40 vient frapper la surface déflectrice 64 qui la dévie en un jet essentiellement conique d'un angle au sommet d'environ 70g suffisant pour éviter le déviateur 72 et éliminant substantiellement les problèmes précités de stabilité et de communication de la flamme Le passage du carburant liquide ou gazeux dans la coque 28 est simultané à un écoulement d'air dans cette dernière ayant pour effet, non seulement de provoquer la nébulisation du carburant, mais encore de contribuer à ce que la combustion du carburant se produise au delà des gicleurs 40 et 42 et du passage 68 .Le déviateur 72 aide à provoquer la nébulisation du carburant, l'air et le carburant étant dirigés dans une direction voulue entre le déviateur 72 et l'extrémité aval de la coque 28 Le conduit de carburant gazeux 80 communique, à une de ses extré- mités avec le passage annulaire 68, et à son autre extrémité avec un collecteur d'admission de carburant gazeux 84 (figure 1) Le conduit de carburant liquide 78 communique avec un collecteur d'admission de carburant liquide 86 (figure 1) de façon à en entre alimenté Les collecteurs 84 et 86 sont raccordés, par des tuyauteries respectives 88 et 90, à un régulateur double de carburant 92 comportant des dispositifs (non représentés) permettant d'utiliser, soit simultanément, soit séparément, du carburant gazeux et du carburant liquide Toutefois, l'expérience a révélé que, lorsque l'injecteur de carburant 22 ne fonctionnait qu'au carburant liquide, ce dernier pouvait rejaillir dans le passage annulaire de carburant gazeux 68 où il s'enflammait spontanément Ce problème est résolu au moyen-de deux robinets d'isolement 94 et 96 (figure 1) raccordés à la conduite de carburant gazeux 88 Les robinets 94 et 96 sont disposés de façon que, lorsque l'un est ouvert, 11 autre est fermé, et vice-versa . Le robinet 94 est monté dans une conduite 98 raccordant la conduite de carburant gazeux 88 à une source d'air comprimé qui, dans l'exemple représenté, consiste en une prise d'air à la sortie du compresseur 12 Le robinet 96 est placé en amont de la jonction des conduites 88 et 98 et est monté dans la conduite de carburant gazeux 83 Lorsque le moteur ne marche qu'au carburant liquide, l'arrivée de carburant gazeux est fermée par le robinet 96, tandis que le robinet 94 est ouvert pour amener un courent continu d'air comprimé de la conduite 98 au passage de carburant gazeux 88 par la conduite 88, le collecteur de carburant gazeux 84 et le conduit 80 l'a présence du déviateur 72 et de la coque 28 empêchent le carburant dégradé, c'est à dire le carbone et autres produits, de se déposer sur la soupape 44 et d'obstruer les gicleurs primaires 40 Le corps central 24 peut entre purgé de son carburant liquide en faisant passer du carburant gazeux du conduit 80 dans le conduit 78 pour chasser le carburant liquide du corps central par les gicleurs primaires 40 REVENDICATIONS 1. Injecteur de carburant pour moteur à turbine à gaz, --caracté- risé en ce qu'il comprend une structure définissant un passage de carburant liquide, un passage de carburant gazeux et un déflecteur de carburant, chacun desdits passages de carburant se terminant par des buses d'injection respectives pour car burant liquide et pour carburant gazeux, la buse de carburant liquide comprenant une pluralité de gicleurs primaires et un gicleur principal pouvant entre fermé par un obturateur chargé, un déviateur étant placé en aval du gicleur principal de car burant liquide et définissant, avec la structure définissant le passage de carburant gazeux, un passage de sortie de car burant par lequel peuvent s'écouler le carburant liquide et le carburant gazeux, et dans lequel circule un courant d 'air comprimé 2. Injecteur de carburant selon la Revendication 1, caractérisé en ce que ladite structure comprend un corps central possédant un passage de carburant liquide se terminant par une pluralité de buses de carburant primaire et une buse de carburant prin cipal, le carburant primaire venant frapper un déflecteur de carburant constitué par une surface tronconique formée sur le corps central, la buse de carburant principal étant obturée par une soupape chargée par ressort 3.Injecteur de carburant selon la Revendication 2, caractérisé en ce que le corps central comprend un manchon extérieur en tourant un manchon intérieur dans lequel est monté un corps de buses comprenant les buses de carburant primaire et la buse de carburant principal ainsi que la soupape chargée par res sort, les manchons extérieur et intérieur définissant entre eux une partie annulaire du passage de carburant liquide com muniquant, par des ouvertures ménagées dans le manchon inté rieur, avec une autre partie annulaire dudit passage de car burant liquide formée entre le manchon intérieur et le corps de buses 4. Injecteur de carburant selon la Revendication 3, caractérisé en ce que la structure comprend une coque entourant le corps central et à distance de lui de façon à définir avec lui le passage de carburant gazeux 5.Injecteur de carburant selon la Revendication 4, caractérisé en ce que le déviateur est porté par la coque et comporte un écran thermique 6. Injecteur de carburant caractérisé en ce qu'il comprend un corps central possédant un passage de carburant liquide se terminant par une pluralité de buses et disposé de façon à t- tre raccordé à une alimentation de carburant, une coque entou rant ledit corps central et à distance de lui de façon à for mer avec lui un passage annulaire de carburant gazeux pouvant se raccorder à une alimentation de carburant, un déviateur porté par la coque en aval des buses, un déflecteur de carbu rant placé à l'intérieur du corps central coaxialement à lui, le carburant émis par les buses de carburant liquide et gazeux étant dirigé entre le déviateur et la coque, le carburant li quide émis par la majorité des buses venant frapper le déflec teur de façon à réduire l'angle de divergence du carburant, une des buses de carburant liquide restantes pouvant etre fer mée par un obturateur poussé en position fermée, et un courant d'air comprimé s'écoulant par un passage pour traverser le passage intermédiaire à la coque et au corps central puis le passage intermédiaire à la coque et au déviateur