Brevet FR2458688A1 — publié le 19810102

La présente invention concerne les brûleurs de car- burant pour moteurs à turbine à gaz et, plus spéciale- ment, les brûleurs pouvant fonctionner avec des car- burants liquides et gazeux et pouvant en outre in- jecter de l'eau qui sera mélangée aux courants de carburant pour réduire la formation d'oxydes d'azote (NO) au cours de la combustion du carburant z la présente invention réalise un injecteur de carbu- rant pour moteur à turbine à gaz comportant un système d'alimentation en carburant liquide, un système d'ali- mentation en carburant gazeux, et un système d'injec- tion d'eau, le système d'alimentation en carburant liquide comprenant un conduit de carburant liquide, une première rampe d'alimentation comportant une plu- ralité dtorifices de sortie distincts, un conduit de débit annulaire pouvant également recevoir un courant d'air comprimé, et une buse de débit de carburant liquide et d'air, le système d'alimentation en carbu- rant gazeux comprenant un conduit de carburant gazeux, une seconde rampe d'alimentation comportant une plura- lité d'orifices de sortie distincts constituant une buse de débit de carburant gazeux, et le système d'in- jection d'eau comprenant un conduit d'alimentation d'eau et une troisième rampe d'elimentation comportant une pluralité d'orifices de sortie communiquant avec un conduit d'injection d'eau pouvant également rece- voir un courant d'air comprimé, et une buse de débit d'eau et d'air, ladite buse de débit d'eau et d'air étant disposée entre les buses de débit de carburant liquide et de carburant gazeux - L'eau pourra également être injectée depuis la troi- sième rampe d'alimentation, par d'autres orifices de sortie, dans le conduit annulaire de débit de carbu- rant et d'air L'invention est décrite ci-après en détail en se ré- férant à trois exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: - lU figure 1 est une vue schématique de c8té d'un moteur à turbine à gaz équipé d'une première forme d'injecteur de carburant selon l'invention; - la figure 2 est une vue de côté de l'injecteur de carburant de la figure 1; - la figure 3 est une vue de face de l'injecteur de carburant de la figure 2; - la figure 4 est une coupe axiale, plus détaillée, de l'injecteur de carburant des figures 1, 2 et 3 - la figure 5 est une vue de détail d'une seconde forme d'injecteur de carburant, différant de celle de la figure 4; et - la figure 6 est une vue de détail d'une troisième forme d'injecteur de carburant, différant de celles des figures 4 et 5 @ Le moteur à turbine à gaz 10, représenté à la figure 1, comporte un compresseur 12, un dispositif de com- bustion 14 et une turbine 16 entratnant ledit com- presseur. Le dispositif de combustion 14 comporte une pluralité d'injecteurs de carburant 18 (dont l'un seulement est représenté) possédant chacun une con- duite d'alimentation en carburant liquide 20, une conduite d'alimentation en carburant gazeux 22, et une conduite d'alimentation en eau 24, ces con- duites 20, 22 et 24 étant raccordées à des sources respectives (non représentées) de carburant liquide, de carburant gazeux et d'eau. L'injecteur de carburant 18, représenté aux figures 2, 3 et 4, comporte un pointeau 26 porté par deux entretoises 28 faisant corps avec une bague 30 fixée à des manchons 32 et 34, eux-mêmes fixés à un manchon externe 36, lui-même fixé à une tête de brûleur 38, en forme de banjo,portée par un bras creux 39 renfer- mant les conduites d'alimentation 20 et 24 et commu- niquant avec la conduite d'alimentation en carburant gazeux 22. Le brCleur comporte une c o u r o n n e 40 compor- tant une pluralité de buses équidistantes 42 débitant le carburant gazeux en provenance d'une rampe d'ali- mentation 44 formée entre un passage 46 ménagé dans la tête de brtleur 38 et la c o u r o n n e.40. Les conduitesh 'eau 24 et de carburant liquide 20 sont logéelans le bras 39 et communiquent, respectivement, avec les rampes d'alimentation en eau 52 et en carbu- rant liquide 54 par des conduits respectifs 56 et 58 La rampe d'alimentation en eau 52 est formée entre les manchons 34 et 36, tandis que la rampe d'alimentation en carburant liquide 54 est formée entre les mpnchons 32 et 36. Le carburant liquide sort de la rampe d'alimentation 54 par des orifices 60 pour pénétrer dans un passage annulaire 62 formé entre le pointeau 26 et le manchon L'air comprimé provenant du compresseur 12 du moteur gagne également le passage 62 et le mélange de carburant liquide et d'air quitte ce dernier par une buse annulaire 64 On notera que, sur la figure 3, la couronne 40 et les manchons 32, 34 et 36 ont été omis pour lais- ser apparaître plus clairement les détails internes de la tête de brûleur 38 L'eau sort de la rampe d'alimentation 52 par des ori- fices 66 pour pénétrer dans un passage annulaire 68 formé entre le manchon 36 et l'intérieur de la tête de brûleur 38, et quitte ce passage 68 par une buse annulaire 70. Le système d'injection d'eau a pour but de réduire la formation d'oxydes d'azote (NO) et la buse annulaire 70 est disposée entre les orifices de sortie de carburant gazeux 42 et la buse annulaire de carburant liquide et d'air 64 pour que, pendant le fonctionnement du moteur, l'eau arrive dans la chambre de combustion aussi près que possible de cha- cun de ces orifices de sortie de carburant. On voit donc que l'injecteur de carburant selon l'in- vention comprend essentiellement un injecteur de car- burant interne constitué, dans l'exemple représenté, par une buse annulaire 64 d'o sort un mélange de carburant liquide et d'air, et une buse de carburant externe constituée, dans ce même exemple, par une cou- ronne de sortie de gaz ayant une pluralité de buses distinctes 42 et par un conduit intermédiaire 68, vé- hiculant de l'air, dans lequel est injectée de l'eau Le conduit 62 et la buse 64, de mélange d'air et de carburant liquide, ainsi que le conduit 68 et la buse , de mélange d'air et d'eau, constituent essentiel- lement un brûleur à insufflation d'air et l'expérience a révélé que l'air sortant de la buse 70 avait tendan- ce à améliorer le mélange d'air et de carburant lors- que l'injecteur fonctionne avec du carburant gazeux par comparaison avec un brûleur à gaz ne comportant que la rampe d'alimentation 44 et les buses multiples 42, cet air sortant de la buse 70 contribuant égale- ment à nébuliser le carburant liquide sortant de la buse annulaire 64 lorsque l!injecteur fonctionne avec du carburant liquide. Selon la variante représentée à la figure 5, l'eau peut encore être injectée dans le conduit 62 par des orifices 72 et être dirigée de façon à s'écouler sur la surface du pointeau 26 et à rencontrer le mélange d'air et de carburant à la sortie 64 Selon la variante représentée à la figure 6, la paroi interne du passage 46 est percée d'orifices purgeurs 74 pouvant être égaux en nombre avec les buses 42 de la couronne de brûleurs 40 et ayant pour fonction de permettre à l'air venant du conduit 68 de purger la rampe d'alimentation en carburant gazeux 44 et d'em- pécher le carburant liquide et les produits de la combustion d'y pénétrer. Le conduit 68 peut présen- ter un agrandissement local dans la région de chaque orifice 74 en vue d'en augmenter la diffusion et à augmenter la pression statique sur la partie de cha- que orifice 74 située du côté du conduit d'air. Cette disposition atténue la tendance du carburant gazeux à s'écouler dans le conduit d'air 68 et, mOme s'il s'en écoule un peu, ce ne sera pas en quantité susceptible d'occasionner des difficultés. REVENDICATIONS 1. Injecteur de carburant pour moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comporte un système d'ali- mentation en carburant liquide, un système d'ali- mentation en carburant gazeux, et un système d'in- jection d'eau, le système d'alimentation en carbu- rant liquide comprenant un conduit de carburant liquide (20, 58), une première rampe d'alimenta- tion (54) comportant une pluralité d'orifices de sortie distincts (60), un conduit de débit annu- laire (62) pouvant également recevoir un courant d'air comprimé, et une buse de débit de carburant liquide et d'air (64), le système d'alimentation en carburant gazeux comprenant un conduit de carbu- rant gazeux (46), une seconde rampe d'alimentation (44) comportant une pluralité d'orifices de sortie distincts (42) constituant une buse de débit de carburant gazeux (40), et le système d'injection d'eau comprenant un conduit d'alimentation d'eau (24, 56) et une troisième rampe d'alimentation (52) comportant une pluralité d'orifices de sortie (66) communiquant avec un conduit d'injection d'eau (68) pouvant également recevoir un courant d'air com- primé, et une buse de débit d'eau et d'air (70), ladite buse de débit d'eau et d'air étant disposée entre les buses de débit de carburant liquide et de carburant gazeux. 2. Injecteur de carburant selon la Revendication 1, caractérisé en ce que la buse de débit de carburant liquide comprend une buse interne annulaire de dé- bit, et en ce que la buse de débit de carburant gazeux comprend une couronne externe (40) de buses distinctes (42), la buse de débit d'eau et d'air (70) étant annulaire et disposée entre les buses interne (64) et externe (42). 3. Injecteur de carburant selon une quelconque des Revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (38) comportant un passage de carburant gazeux partiellement annulaire (46) communiquant avec le conduit de carburant gazeux et une couronne de brûleurs à gaz (40) formant, avec des flasques formées sur ledit corps, la seconde rampe d'alimentation (44), les orifices distincts (42) étant formée sur ladite couronne 4. Injecteur de carburant selon la Revendication 3, caractérisé en ce que la première rampe d'alimen- tation est formée entre un premier manchon (36) fixé au corps (38) et un second manchon (32) fixé au premier manchon,-et en ce que le conduit annu- laire de débit de carburant liquide et d'air (62) est formé entre un pointeau (62) fixé au second manchon et ce même second manchon. 5. Injecteur de carburant selon la Revendication 4, caractérisé en ce que la troisième rampe d'alimen- tation (52) est formée entre le premier manchon (36) et un troisième manchon (34), le conduit d'in- jection d'eau (56) étant formé entre le premier manchon (36) et le corps (38) de l'injecteur. 6. Injecteur de carburant selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que la troisième rampe d'alimentation (52) comporte des orifices de sortie supplémentaires (72) commu- niquant avec le conduit annulaire de débit de com- bustible liquide et d'air (62). 7. Injecteur de carburant selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le conduit de carburant gazeux (46) comporte une pluralité d'orifices purgeurs (74) disposés de façon à recevoir un courant d'air comprimé.