Brevet FR2484020A1 — publié le 19811211

ENSEMBLE D'INJECTION DE CARBURANT POUR CHAMBRE DE TURBOREACTEUR L'ivenionconcerne un ensemble d'injection de carburant pour une chambre de combustion de turboréacteur, comprenant un aubage de tourbillonnement pour l'air de combustion et un injecteur de carburant. Les dispositifs d'injection de carburent dans les chambres de combustion de moteur à réaction sont généralement conçus de manière qu'ils produisent un effet de cisaillement éner- gique sur le flux de carburant. Cet effet de cisaillement est le résultat de l'action combinée de flux d'air, pas- sant par deux aubages de tourbillonnement, antre lesquels on introduit le carburant. L'amenée de carburant est faite de différentes manières. C'est ainsi que dans le brevet français 2.235.274, l'in- jecteur se présente sous la forme d'une buse annulaire, entourée d'un conduit pour le passage d'un premier flux d'air, dont la partie centrale canalise un second flux d'air. Les deux flux dti ainsi que le carburant passent dans des aubages de tourbillonnement et s'interpénètrent à leur sortie pour former un mélange air carburant dans lequel ce dernier est finement divisé. Dans le brevet français 2.206.796, le carburant est envoyé dans des canaux débouchant tangentiellement dans un espace annulaire dont l'ouverture délivre un anneau de carburant pulvérisé entre deux flux d'air tourbillonnaires. Dans le brevet des Etats Unis d'Amérique 3.703.259, le carburant est introduit par des ouvertures radiales ou axiales dans un premier flux d'air tourbillonnant. Ce flux rencontre un deuxième flux d'air tourbillonnant en sens inverse et provoque, dans la zone de rencontre, un flux 248 4020 d'air turbulent qui divise finement les gouttelettes de car- burant transportées par le premier flux. Il ressort des documents analysés ainsi que de l'opinion gé- néralement admise chez les motoristes, que l'obtention d'une bonne pulvérisation et d'un bon mélange du carburant dans l'air de combustion passent nécessairement par l'utilisation d'ensembles d'injection comportant au moins deux aubages de tourbillonnement par lesquels passe l'air de combustion, le carburant étant injecté directement entre les deux flux ou étant transporté par un des flux. Les avantages de ces techniques d'injection aérodynamiques sont largement connus, mais l'application de ce type d'in- jecteur aux machines de petites dimensions devient impra- ticable par suite des contraintes dimensionnelles de la réalisation et des nécessités de réduction de l'encombrement. L'ensemble d'injection selon l'invention utilise toujours la pulvérisation par cisaillement du carburant par un écou- lement d'air, mais met en oeuvre un dispositif simplifié. L'ensemble d'injection de carburant, selon l'invention, pour une chambre de combustion de turboréacteur dans lequel les gouttelettes de carburant sont fractionnées par un flux d'air tourbillonnant est remarquable en ce qu'il comporte un auliage de tourbillonnement unique, pour la mise en rota- tion du flux d'air, constitué par un aubage centripète cylindrique dont les bords de fuite des aubes délimitent un volume/rac- cordé en aval à un bol cylindro-conique par lequel l'ensem- ble est fixé à la chambre de combustion et en amont au dis- positif d'injection des gouttelettes de carburant. Le dispositif d'injection des gouttelettes de carburant est constitué d'un corps creux dont le fond comporte une arri- vée de carburant et le chapeau des orifices d'injection en 24_-L023 saillie pour le passage du carburant. Les explications et figures données ci-après à titre d'exem- ple permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure l est une vue en perspective, partiellement arra- chée d'un ensemble d'injection selon l'invention. La figure 2 montre une coupe de l'ensemble selon la figure 1. Les figures 3A et 3B sont une vue selon III-III de la fi- gure 2 montrant deux formes de réalisation des orifices d'injection. La figure 1 montre une vue en perspective et partiellement arrachée d'un ensemble d'injection selon l'invention. L'ensemble d'injection est fixé sur le fond d'une chambre de combustion et se trouve baigné par un flux d'air prove- nant des compresseurs. L'ensemble comprend un dispositif d'injection 1 de goutte- lettes de carburant, sur lequel est fixé un aubage ou "swirler" centripète 2 définissant en son centre un volume cylindrique prolongé par un conduit tubulaire 3. Le conduit tubulaire est raccordé en aval à un bol conique 4. L'air provenant des compresseurs (flèches en trait plein) passe dans l'aubage 2 et prend un mouvement tourbillonnaire par suite de l'inclinaison des aubes. Le changement d'orien- tation du flux d'air pénétrant par l'aubage est facilité par la forme du chapeau 5 du dispositif d'injection 1)fai- sant saillie dans le volume cylindrique. 249 4o023 Li carburant, (-frlaches un trait interrompu) pulvérisé par les buses ou orifices d'injection 5 dans une direction sen- siblcment parallèle à l'axe du dispositif, vient couper le flux d'air tourbillonnant. Les gouttelettes, finement pulvé- risées- par la rencontre des flux d'air et de carburant, se mélangent intimement à l'air de combustion et forment un mé- lange homogène. Le dispositif d'injection 1 est constitué d'un corps cylin- drique creux présentant selon l'exemple de réalisation un fond 6 tronconique au centre duquel est fixé le tube 7 d'arrivée de carburant. Le chapeau 8 du corps cylindrique fore aproimaivement, a une forme approximative/conique et porte près de-sa péri- phérie des orifices d'injection 5 répartis selon au moins un cercle concentrique. Les orifices sont disposés de ma- nière à se trouver entre les bords de fuite 9 des aubes de tourbillonnement. De préférence le chapeau 8 du corps cy- lindrique (Fig. 2) présente une portion centrale conique 10 qui se raccorde par un arrondi à grand rayon 11 à une por- tion périphérique annulaire plane 12 sur laquelle sont pré- vues les orifices d'injection 5. Le chapeau 8, qui ferme l'extrémité amont du volume cylindrique 3, ne risque pas de présenter des dépôts de carbone car ils sont balayés par l'air de ltaubage centripète, et ne peut pas s'échauffer car il est refroidi par le carburant pénétrant dans le corps* cylindrique. Afin de faciliter le centrage du corps d'in- jection, on prévoit, en amont, une jupe conique 16. Selon une forme préférée de réalisation, les orifices d'injection sont répartis sur un cercle concentrique à l'axe de llen- semble dont le diamètre est compris entre 0,7 et 0,9 fois le diamètre du cercle déterminé par les bords de fuite 9 des aubes de tourbillonnement 2. Les orifices d'injection 5 sont en saillie par rapport à la surface du chapeau B. Selon des formes de réalisation, les 248 4023 orifices débouchent au sommet de pavés soudés sur le cha- peau (Fig. 3A), ou à l'extrémité de tubes dtaxes parallèles à l'axe de l'ensemble (Fig. 3B). L'éloignement des orifices dtinjection 5 de la surface du chapeau 8 présente deux a- vantages: éviter le ruissellement de carburant sur le cha- peau, obtenir un écoulement de carburant perpendiculaire au flux d'air au niveau de l'injection permettant-l'obten- tion d'un mélange homogène de fines gouttelettes. Le nombre des orifices d'injection (5) peut 8tre différent du nombre d'intervalles entre les aubes, toutefois il doit au moins 9tre égal à l'entier le plus proche du tiers du diamètre exprimé en mm du cercle sur lequel sont situés les orifices. Le volume cylindrique 3 est prolongé par un bol tronconique 4 qui porte sur son bord aval une bride 13. Cette bride coopère avec un dispositif de fixation prévu sur la cham- bre et comportant des moyens pour permettre les déplace- ments de la bride tant dans le sens axial que dans le sens radial. Une jupe cylindrique 14 coaxiale à ltaxe de l'en- semble est fixée près du bord portant la bride 13. La ju- pe 14 facilite ltentonnement de l'air provenant des com- presseurs vers l'ensemble d'injection et l'oblige à pé- nétrer par une ou plusieurs rangées de trous 15 dans le bol 4 o-il se mélange au flux air carburant et permet une meilleure combustion aux bas régimes. Le mode de fonctionnement de l'ensemble est classique dans le type d'injection aérodynamique. L'air mis en rotation crée une dépression centrale dans l'axe de l'injecteur ce qui favorise un courant de retour dans la partie amont de la chambre de combustion, et les conditions d'une bon- ne combustion sont ainsi réunies. 248L'23 Cette réalisation adaptée aux machines de petites dimensions avec la simplification technologique obtenue présente une grande fiabilité et un coût intéressant. Le mode de réalisation décrit assure un ensemble de perfor- mances au niveau de l'allumage, de la stabilité, de la tenue thermique et de la pollution. 248402O R E V E N D I C A T IO N S 1. Ensemble d'injection de carburant pour une chambre de combustion de turboréacteur dans lequel les gouttelettes do carburant sont fractionnées par un flux d'air tourbil- lonnant, caractérisé en ce qu'il comporte un aubage de tourbillonnement (2) unique, pour la mise en rotation du flux d'air, constitué par un aubage centripète débouchant dans un volume cylindrique (3) disposé en aval du disposi- tif d'injection des gouttelettes de carburant, ledit volu- me étant prolongé par un conduit tubulaire raccordé en a- val à un bol conique (4). 2. Ensemble d'injection selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le dispositif d'injection des gouttelettes de carburant est formé d'un corps cylindrique creux dont le fond (6) comporte une arrivée de carburant (7) et le chapeau (8) des orifices d'injection (5) en saillie pour le passage du carburant. 3. Ensemble d'injection selon la revendication 2, caracté- risé en ce que les orifices dtinjection (5) sont constitués par des tubes parallèles à l'axe de l'ensemble d'injection. 4. Ensemble d'injection selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le chapeau (8) du corps cy- lindrique creux présente au centre une forme approximative- ment conique (10) dont la convexité est tournée vers la chambre de combustion se raccordant par un arrondi à grand rayon (11) à une portion périphérique annulaire plane (12). 5. Ensemble d'injection selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que chaque orifice d'injection (5) est situé entre les bords de fuite (9) de deux aubes voisines. - T7;= e4g 244-.023 6. Ensemble d'injection selon la revendication 5, caractéri-. sé en ce que lei; orifices d'injection sont situés sur un ce'rclLe concentrique à ltaxe de l'ensemble dont le diamètre sl, compris entre 0,7 et 0,9 fois le diamètre du cercle dé- terminé par les bords de fuite (9) des aubes de tourbillon- nement. 7. Ensemble d'injection selon la revendication 6, caracté- risé en ce que le nombre minimum d'orifices d'injection (5) est égal à l'entier le plus proche du tiers du diamètre ex- primé en mm du cercle sur lequel sont situés les orifices. 8. Ensemble d'injection selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le bol conique (4) porte, près de son bord, des trous (15) disposés selon une ou plu- sieurs rangées. 9. Ensemble d'injection selon la revendication 8, caracté- risé en ce que le bol conique (4) porte une jupe cylindri- que (14) coaxiale à l'axe de l'ensemble, fixée sur le bord du bol conique (4) de manière à canaliser le flux d'air vers les trous (15).