Brevet FR2465094A1 — publié le 19810320

La présente invention concerne les braleurs de carbu- rant pour moteurs à turbine à gaz L'invention a pour but de réaliser une forme perfec- tionnée de brûleur permettant d'obtenir une mise en condition satisfaisante du carburant, un meilleur mélange de l'air et du carburant et une meilleure nébulisation de ce dernier, et la suppression ou la diminution substantielle de la formation de carbone sur le brûleur et en particulier sur le pointeau de l'injecteur Le brûleur de carburant pour moteur à turbine à gaz selon l'invention comprend une colonne d'alimentation de carburant, une rampe d'injection disposée de façon à recevoir le carburant provenant de ladite colonne, un conduit d'arrivée de carburant comportant une partie convergente. et une partie divergente, ainsi qu'une gorge placée entre ces deux parties, ledit conduit d'arrivée de carburant en amont de la gorge étant disposé de façon à recevoir du carburant en provenance de ladite rampe par des organes de tour- billonnement de carburant et de l'air comprimé par des premiers organes de tourbillonnement d'air, la partie divergente comportant des seconds organes de tourbillonnement d'air disposés de façon à recevoir de l'air comprimé, le mélange de carburant et d'air sortant de ladite gorge étant entraîné par l'air tourbillonnant sortant desdits seconds organes de tourbillonnement d'air. Le carburant et l'air comprimé pénétrant dans le conduit d'arrivée en amont de la partie convergente pourront être dirigés de façon à tourbillonner dans le même sens ou en sens contraire l'un de l'autre. Les deux groupes d'organes de tourbillonnement d'air pourront, de même, être disposés de façon à faire tourbillonner l'air comprimé dans le même sens ou en sens contraire les uns des autres. Le conduit d'arrivée de carburant pourra comporter une lèvre saillante disposée de façon à diriger le carburant des organes de tourbillonnement de carbu- rant dans la masse d'air tourbillonnante. Cette lèvre pourra être disposée en amont des organes de tourbillonnement d'air et s'étendre dans le conduit d'arrivée de carburant, ou en aval desdits organes de tourbillonnement d'air et s'étendre dans le con- duit d'arrivée de carburant depuis sa face externe La rampe d'injection pourra être définie par une cou- ronne comportant un évidement annulaire, cette couron- ne étant placée dans une ouverture située à l'extré- mité de la colonne d'alimentation de carburant, et par un organe intermédiaire dans lequel seront formés les organes de tourbillonnement de carburant et les seconds organes de tourbillonnement d'air. Le conduit d'arrivée de carburant pourra être défini par la co- opération entre ledit organe intermédiaire et l'organe interne comportant les premiers organes de tourbillon- nement d'air. Les organes de tourbillonnement d'air et de carburant pourront être constitués par des ori- fices, des fentes, ou des aubes, ou toute combinaison de tels organes, disposés tangentiellement au conduit d'arrivée de carburant n'invention est décrite ci-après en détail en se réfé- rant à quelques exemples préférés, non limitatifs, de réalisation représentés sur les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une coupe longitudinale partielle d'un moteur à turbine à-gaz équipé d'une première forme de brûleur selon l'invention; - la figure 2 est une coupe longitudinale détaillée du brûleur de la figure 1; - la figure 3 est une coupe longitudinale détaillée d'une seconde forme de brûleur selon l'invention - la figure 4 est une coupe transversale partielle selon la ligne 4-4 de la figure 3; - la figure 5 est une coupe transversale partielle selon la ligne 5-5 de la figure 3; - la figure 6 est une coupe transversale partielle selon la ligne 6-6 de la figure 3; - la figure 7 est une coupe transversale partielle selon la ligne 7-7 de la figure 3 la figure 8 est une coupe longitudinale détaillée d'une troisième forme de brûleur selon l'invention - la figure 9 est une coupe transversale partielle selon la ligne 9-9 de la figure 8 - la figure 10 est une coupe transversale partielle selon la ligne 10-10 de la figure 8; - la figure 11 est une coupe transversale partielle selon la ligne 11-11 de la figure 8; et - la figure 12 est une coupe transversale partielle selon la ligne 12-12 de la figure 8. La figure 1 représente l'agencement caractéristique d'un turboréacteur double flux, à rapport de déri- vation élevé, 20 comportant une soufflante 22 et sa turbine motrice associée 24, un compresseur de pres- sion intermédiaire 26 et sa turbine associée 28, un compresseur de haute pression 30 et sa turbine asso- ciée 32, et une chambre de combustion annulaire 34 comportant une pluralité de brûleurs équidistants 36 dont l'un est représenté en détail sur la figure 2. Chaque brûleur 36 comporte une colonne d'alimentation de carburant 38 se terminant par une ouverture 40 dans laquelle est placée et fixée une couronne 42 constituant une partie d'une rampe d'injection 44 comportant une entrée de carburant tangentielle 46 Un groupe d'organes comprenant un organe intermédiaire 48 et un organe interne ou pointeau 50 est placé et fixé dans la couronne 42, l'organe intermédiaire dé- finissant, conjointement avec ladite couronne, la rampe d'injection Les organes-intermédiaire 48 et interne 50 définissent entre eux un conduit d'arrivée de carburant comportant une partie convergente 52, une partie divergente 54 et une gorge 56, l'organe intermédiaire 48 comportant une pluralité d'entrées de carburant équidistantes 58 en amont de la partie convergente et des aubes de tourbillonnement d'air 60 dans la partie divergente 54. I organe interne 50 comporte des organes de tourbil- lonnemen- d'air comprenant une pluralité de fentes tangentielles équidistantes 62 et une lèvre 64 faisant saillie dans le conduit d'arrivée de carburant depuis la surface interne de ce conduit Lorsque le moteur fonctionne, le carburant provenant de la colonne d'alimentation 38 pénètre dans la rampe d'injection 44 par l'entrée 46 et, de là, dans le conduit d'arrivée de carburant en amont de la partie convergente 52 par les orifices d'entrée et de tour- billonnement.de -carburant 58.L'air comprimé venant du compresseur haute pression 30 gagne, par une entrée annulaire 66 de la chambre de combustion 34, les or- ganes de tourbillonnement d'air 60 et 62 de chaque brûleur 36 de façon à former une alimentation fron- tale totale. Le carburant tourbillonnant passant dans le conduit d'arrivée de carburant est dirigé par la lèvre 64 vers la surfade externe du conduit et se mélange à l'air pénétrant par les fentes 62 Le mélange tourbillonnant est commandé par la gorge 56 et se nébulise parfaitement en gouttelettes fines lorsqu'il en franchit l'orifice de profil aigu. Le mélange nébulisé d'air et de carburant est alors entralné par l'air tourbillonnant sortant des aubes et sort en tourbillonnant pour pénétrer dans la chambre de combustion o sa nébulisation s'accentue Une partie du mélange tourbillonnant d'air et de car- burant balaie l'extrémité aval bombée du pointeau et empêche, ou tout au moins diminue, la formation de carbone sur ce dernier. Le mode de réalisation représenté aux figures 3 à 7 présente de grandes similitudes avec celui de la fi- gure 2. La différence notable réside dans la confi- guration des organes de tourbillonnement d'air 60 qui ont, dans ce second exemple, la forme de fentes découpées dans l'extrémité aval de l'organe intermé- diaire 48, comme le montre en détail la figure 4. La figure 5 montre les orifices d'entrée et de tour- billonnement de carburant 58 découpés dans l'organe intermédiaire 48, la figure 6 montre les orifices d'entrée et de tourbillonnement d'air 62 et la lèvre 64 de l'organe interne 50, et la figure 7 montre l'entrée tangentielle de carburant 46 de la couronne 42 menant à l'intérieur de la rampe d'injection 44. le fonctionnement de ce brleur correspond à celui décrit en se référant à la figure 2 Le mode de réalisation de l'invention représenté aux figures 8 à 12 présente de grandes similitudes avec les deux exemples' précédents sauf que la lèvre 64 de la face interne du conduit d'arrivée de carburant a été supprimée et remplacée par une lèvre (64 égale- ment) formée sur la surface externe dudit conduit en aval des orifices d'entrée et de tourbillonnement 62. Les orifices d'entrée et de tourbillonnement d'air 60 ont également la forme de fentes tangentiel- les comme le montre la figure 9 sur laquelle une seule fente est représentée bien qu'en pratique il y ait plusieurs fentes équidistantes. Les figures 10, il et 12 correspondent aux figures , 6 et 7 bien que les orifices d'entrée et de tour- billonnement d'air 62 soient plus nombreux dans le troisième exemple que dans le second, comme le montre la comparaison des fi:ures 6 et il Ce troisième mode de réalisation fonctionne d'une façon semblable à celles des deux exemples précédents sauf que l'air tourbillonnant sortant des orifices 62 entraîne le carburant depuis la lèvre 64 qui, dans ce troisième cas, fait saillie dans le conduit d'arrivée de carburant depuis la surface e:terne de ce conduit Les orifices d'entrée et de tourbillonnement de car- burant et d'air 58, 60 et 62, respectivement, peuvent Otre disposés de façon à faire tourbillonner respecti- vement le carburant et l'air dans le même sens, ou bien l'un ou deux des orifices 58, 60 et 62 peuvent être disposés de façon à faire tourbillonner leurs fluides respectifs dans un sens opposé à celui du fluide passant par le ou les orifices restants o REVENDICATIONS 1. Brûleur de carburant pour moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comprend une colonne d'a- limentation de carburant (38), une rampe d'injec- tion (44) disposée de façon à recevoir le carburant provenant de ladite colonne, un conduit d'arrivée de-carburant comportant une partie convergente (52) et une partie divergente (54) ainsi qu'une gorge (56) placée entre ces deux parties, ledit conduit d'arrivée de carburant en amont de ladite gorge étant disposé de façon à recevoir du carburant en provenance de ladite rampe par des organes de tourbillonnement de carburant (58) et de l'air comprimé par des premiers organes de tourbillonne- ment d'air (62), la partie divergente comportant des seconds organes de tourbillonnement d'air (60) disposés de façon à recevoir de l'air comprimé, le mélange de carburant et d'air sortant de ladite gorge étant entraîné par l'air tourbillonnant sor- tant desdits seconds organes de tourbillonnement d'air. 2. Brûleur de carburant selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les organes de tourbillonne- ment de carburant sont disposés de façon à faire tourbillonner le carburant dans le même sens que les premiers organes de tourbillonnement d'air font tourbillonner l'air. 3. Brûleur de carburant selon la Revendication 1, caractérisé en ce que les organes de tourbillonne- ment de carburant sont disposés de façon à faire tourbillonner le carburant dans un sens opposé à celui dans lequel les premiers organes de tour- billonnement d'air font tourbillonner l'air. 4. Brûleur de carburant selon une quelconque des Revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les premiers organes de tourbillonnement d'air sont disposés de façon à faire tourbillonner l'air dans le même sens que les seconds organes de tour- billonnement d'air. 5. Brfleur de carburant selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les premiers et seconds organes de tourbil- lonnement d'air sont disposés de façon à faire tourbillonner leurs courants d'air respectifs dans des sens opposés l'un à l'autre. 6. Brûleur de carburant selon une quelconque des Revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que des organes déflecteurs de carburant font saillie dans le conduit d'arrivée de carburant en face des organes de tourbillonnement de car- burant 7. Brûleur de carburant selon une quelconque des Re- vendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que les organes de tourbillonnement de carburant sont disposés en aval d'un épaulement faisant saillie dans le conduit d'arrivée de carburant 8. Brûleur de carburant selon une quelconque des Re- vendications 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que la rampe d'injection (44) comprend une cou- ronne (42) placée dans une ouverture (40) à l'ex- trémité de la colonne d'alimentation (38) et un organe intermédiaire (48), ladite couronne compor- tant un évidement formant la rampe d'injection et un-orifice tangentiel d'entrée de carburant (46) en communication avec ladite colonne d'alimenta- tion. 9. Brûleur de carburant selon la Revendication 8, caractérisé en ce que le conduit d'arrivée de car- burant est défini par l'organe intermédiaire (48) et par un organe interne (50), ledit organe in- termédiaire comportant les organes de tourbillon- nement de carburant et les seconds organes de tour- billonnement d'air, et ledit organe interne com- portant les premiers organes de tourbillonnement d'air. 10. Brûleur de carburant selon une quelconque des Re- vendications 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracté- risé en ce que les organes de tourbillonnement de carburant et d'air comprennent chacun une couronne d'ouvertures équidistantes dont les axes sont ori- entés tangentiellement au conduit d'arrivée de carburant. 11. Brûleur de carburant selon la Revendication 10, caractérisé en ce que lesdites ouvertures sont découpées dans les organes intermédiaire et in- terne. 12. Brûleur de carburant selon la Levendication 10, caractérisé en ce que les organes de tourbillon- nement de carburant et d'air sont constitués cha- cun par une pluralité d'aubes équidistantes.