Brevet FR2494778A1 — publié le 19820528

L'invention concerne, d'une manière générale, une buse d'injection de carburant pour turboréacteur; elle a, plus particulièrement trait à une buse sur laquelle ne se forme qu'un faible dépôt de calamine sans qu'il soit nécessaire de prévoir un bouclier d'air. Dans un turboréacteur classique, se trouve une chambre de combustion définissant une zone dans laquelle le carburant et l'air de décharge du compresseur peuvent être brûlés, l'énergie ainsi dégagée étant utilisée pour entraîner les autres parties du moteur. Dans la chambre de combustion, se trouve au moins une buse d'injection de car- burant qui alimente cette chambre en carburant. On utilise souvent une buse d'atomisation de carburant sous pression, ce qui signifie que la pression du carburant est utilisée pour former un jet de carburant atomisé dans la chambre, au travers d'un orifice pratiqué en sortie de la partie d'ex- trémité de la buse. Pour obtenir un fonctionnement souhaitable du moteur au démarrage, il est souvent nécessaire de prévoir un double circuit de carburant, soit un trajet primaire et un trajet secondaire, de la buse à la chambre de combustion. Bien que les buses à double circuit de carburant soient satisfaisantes pour beaucoup d'applications, il est connu que de telles buses peuvent présenter des dépôts de calamine non souhaitables sur leur/- surfaces proches de leur sortie. La solution actuelle ----ce problème est de réaliser la buse avec une structure de bouclier d'air qui en entoure la sor- tie. Le bouclier d'air a pour rôle de diriger le flux d'air entrant dans la chambre de combustion et en provenance de la partie compresseur, en un mouvement circulaire qui tend à réduire la formation de dépôts de calamine non souhaita- bles. Cette solution a-l'inconvénient de nécessiter une structure supplémentaire, celle du bouclier d'air. Le bou- clier d'air augmente le poids et le coût de la buse. L'aug- mentation de poids est particulièrement indésirable car on sait qu'un poids réduit d'extrémité de buse se traduit par un meilleur diagramme de vibrations; autrement dit, une masse d'extrémité réduite diminue les possibilités de réso- nance à la fréquence fondamentale de fléchissement, ce qui accroît la durée de vie de la pièce. En outre, pour beau- coup d'applications, on prévoit, en sortie de buse, des dispositifs supplémentaires de tourbillonnement et de diffu- sion pour un meilleur mélange du carburant et de l'air dans la zone primaire de la chambre de combustion. Ces disposi- tifs sont généralement placés de manière à entourer la sor- tie de la buse; lorsqu'ils sont utilisés en combinaison avec un bouclier d'air, la structure résultante a un diamètre extérieur beaucoup trop important. L'invention concerne donc une buse d'injection de carburant à double circuit de carburant pour chambre de combustion d'un turboréacteur. La buse comporte des moyens constituant un circuit primaire avec axe central longitu- dinal. Le circuit primaire comporte une extrémité d'entrée recevant un écoulement primaire de carburant et une extré- mité de sortie opposée permettant de former un jet de sor- tie primaire, avec mouvement de rotation prédéterminé à l'extrémité de sortie. La buse comporte des moyens consti- tuant un circuit secondaire, avec une extrémité d'entrée recevant un écoulement secondaire de carburant et une extré- mité de sortie opposée permettant de former un jet de sor- tie secondaire. Le jet de sortie secondaire est l'objet d'un mouvement de rotation dont le sens correspond prati- quement à celui du mouvement de rotation prédéterminé du jet de sortie primaire. Les moyens constituant le circuit secondaire entourent de manière fixe les moyens constituant le circuit primaire; plus précisément, leur extrémité de sortie entoure l'extrémité de sortie des moyens constituant le circuit primaire, de sorte que les jets de sortie de la buse réagissent l'un sur l'autre. Les moyens de décharge de la buse sont disposés autour des extrémités de sortie des moyens constituant les circuits primaire et secondaire, de manière à recevoir le jet conjugué de sortie et former un jet de sortie de buse traité pour pouvoir être utilisé dans la chambre de combustion. Les moyens de décharge de la buse comportent une partie conique avec extrémité d'entrée de diamètre relativement faible s'élargissant le long de l'axe central longitudinal, vers une extrémité de sortie de dia- mètre relativement important. La partie conique définit un angle solide inclus d'au moins 450 à partir de l'axe cen- tral longitudinal du circuit primaire. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent: figure 1, une vue schématique, partiellement en arraché, d'un exemple de turboréacteur auquel s'applique l'invention; figure 2, une vue en coupe d'une buse de carbu- rant connue; figure 3, une vue en coupe, analogue à celle de la figure 2, d'une buse de carburant conforme à l'invention. Pour plus de clarté, la buse de la figure 3 est représentée à plus grande échelle que la buse de la figure 2. Le turboréacteur 10 représenté figure 1 comporte une partie soufflante 12, une partie compresseur 14, une partie chambre de combustion 16, une partie turbine haute pression 18, une partie turbine basse pression 20, et une partie éjection 22. Dans la partie chambre de combustion 16, se trouvent des buses de carburant 19 qui reçoivent le carburant et forment un jet atomisé de carburant qui doit être enflammé dans la chambre de combustion. Chaque buse 19 est raccordée par une tubulure 21 à une prise d'injection de carburant 23. La prise d'injection de carburant 23 est raccordée pour recevoir le carburant du moteur et règle le transfert de ce carburant à la buse, le carburant étant atomisé et enflammé par la suite. La buse de type connu représentée figure 2, est une buse à double circuit de pulvérisation de carburant sous pression et comporte une extrémité d'entrée 19A et une extré- mité de sortie 19B. La buse 19 comporte un circuit de car- burant primaire 26, avec extrémité d'entrée 26A pour rece- voir l'écoulement primaire de carburant en provenance de la tubulure 21 (non représentée sur la figure 2). Le circuit primaire 26 comporte également une extrémité de sortie axialement opposée 26B. Des fentes 28 sont formées dans le circuit primaire entre les extrémités d'entrée 26A et de sortie 26B. Les fentes 28 ont pour rôle de diriger l'écou- lement primaire de carburant (qui se fait selon les flè- ches) vers des fentes supplémentaires 29 de rotation. Après être passé par les fentes 28 et 29, l'écoulement pri- maire de carburant traverse une chambre de rotation pri- maire 30, puis est dirigé hors de l'extrémité de sortie primaire 26B. Les fentes 28 et 29 et la chambre de rota- tion 30 donnent donc au jet primaire de carburant un mouve- ment de rotation prédéterminé à partir de la sortie 26B. La buse 19 de la figure 2 comporte un circuit secondaire de carburant 32 pour recevoir l'écoulement secon- daire de carburant en provenance de la tige 21. Le circuit secondaire 32 comporte une extrémité d'entrée 32A et une extrémité de sortie 32B. Le circuit secondaire 32 entoure de manière fixe le circuit primaire 26. L'extrémité de sortie 32B du circuit secondaire 32 est disposé autour de l'extrémité de sortie 26B du circuit primaire. Dans le cir- cuit secondaire 32, se trouvent également un certain nom- bre de lames de tourbillonnement 33 que traverse l'écoule- ment secondaire de carburant avant de pénétrer dans la chambre de rotation secondaire 34. L'écoulement secondaire de carburant, sortant en 32B du circuit secondaire 32, est soumis à un mouvement de rotation dont le sens correspond pratiquement à celui du mouvement de rotation imprimé à l'écoulement primaire à la sortie 26B. La buse 19 comporte une partie de décharge 36 disposée autour des sorties primaire 26B et secondaire 32B. La partie de décharge 36 a pour rôle de recevoir le jet de sortie conjugué provenant des sorties 26B et 32B et de former un jet de carburant approprié pour être brfllé dans la chambre de combustion (non représentée). La partie de décharge 36 comporte une partie conique 38. La partie conique 38 comporte une extrémité d'entrée 39 de diamètre intérieur relativement faible qui s'élargit le long de l'axe central longitudinal, vers une extrémité de sortie 41 de diamètre intérieur relativement important; le plus petit diamètre d peut être de l'ordre de 4 mm et le plus grand diamètre, de l'ordre de 11 mm. La partie conique 38 présente une surface intérieure 40 qui définit un angle solide inclus inférieur à 360 dans l'exemple représenté, à partir de l'axe central longitudinal du circuit primaire 26. La longueur tde la surface intérieure 40 est de l'or- dre de 4 mm. Comme on l'a dit précédemment, la buse 19 com- porte une structure de bouclier d'air 42 pourvue de fentes 43. Le bouclier 42 est disposé autour de la buse 19 et a pour rôle de recevoir et diriger l'air entrant selon les flèches dans la chambre de combustion, par l'intermédiaire des fentes 43, de manière à réduire la formation de cala- mine sur la surface intérieure conique 40. La buse conforme à l'invention, dont une forme de réalisation est représentée figure 3, porte la référence générale 50; elle est analogue sous certains aspects à celle de la figure 2, et on a utilisé les mêmes références pour désigner, lorsque c'est possible, les mêmes éléments. La buse 50 de la figure 3 diffère de la buse 19 de la fi- gure 2 au moins sous deux aspects. La partie de décharge de la buse 50 est différente, et cette buse ne comporte pas de bouclier d'air. Plus précisément, la partie de décharge 36 de la buse 50 conforme à l'invention comporte une partie conique 38 dont la surface intérieure 40 définit un angle solide d'au moins 45 à partir de l'axe central longitudinal. Cet angle est, de préférence, compris entre 50 et 650, et il est recommandé de lui donner une valeur de 60 . La longueur longitudinale 1 de la surface 40 est de l'ordre de 2 mm, et les diamètres intérieurs d et D sont de l'ordre de 4,5 mm et 10 mm, respectivement. La buse comporte, de préférence, un revêtement de protection 52 le long de sa partie exté- rieure exposée pour la protéger de l'effet du frottement qu elle subit dans la pièce de la chambre de combustion dans laquelle elle est insérée. Le revêtement de protec- tion 52 est constitué par un matériau classique résistant aux températures élevées. Il peut s'agir, par exemple, d'un revêtement de carbure de chromé dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,4 mm. Mais il est entendu que les dimen- sions ont été données à titre d'exemple, d'autres dimensions pouvant être choisies en fonction de l'application. En cour.s de fonctionnement, l'écoulement primaire dans le circuit primaire donne lieu, à la sortie 26B, à un jet primaire atomisé 60 qui ne vient pas en contact avec la surface intérieure conique 40. L'écoulement secondaire dans le circuit secondaire 32 donne lieu, à la sortie 32B, à un jet secondaire atomisé 62. La partie extérieure 62A du jet secondaire 62 longe la surface conique 40. Mais, comme précédemment mentionné, la configuration particu- lière de la partie de décharge 36, avec un angle solide d'au moins 450, se traduit par une formation moindre de calamine sur cette surface 40. En fait, la configuration donnée à la buse 50 de la figure 3 évite le besoin d'une 20. structure de bouclier d'air supplémentaire, telle que celle représentée en 42 figure 2. Et le diamètre extérieur de la buse 50 de la figure 3 peut être du même ordre de grandeur que celui de la buse de la figure 2 moins le bouclier d'air 42. Pour certaines applications, il peut être souhai- table d'utiliser la buse conforme à l'invention en combi- naison avec des éléments supplémentaires conduisant à de meilleurs conditions de brûlage dans la chambre de combus- tion. On peut prévoir à cette fin des disques soufflants, des boucliers de diffusion et des dispositifs de tourbil- lonnement secondaires. De telles structures sont repré- sentées dans le brevet des E.U.A. no 4 198 815. On a représenté la buse conforme à l'invention avec un axe central longitudinal linéaire et des extrémi- tés opposées axialement alignées; mais on peut bien entendu, en fonction de l'application, envisager d'autres configura- tions. L'axe central longitudinal peut être, par exemple, curviligne. On remarquera, de plus, que la buse conforme à l'invention peut être utilisée avec d'autres appareils que le turboréacteur décrit. En fait, cette buse peut être utilisée pour tout turboréacteur, tel qu'un turboréacteur ne comportant qu'une partie compresseur, une partie cham- bre de combustion et une partie d'éjection. On a donc décrit une buse sans bouclier d'air, avec formation réduite de calamine. Cette buse est relati- vement simple à fabriquer. Elle peut être aisément insérée en position de fonctionnement dans la chambre de combustion, et ôtée, sans qu'il soit nécessaire d'ôter d'autres pièces de la chambre de combustion. Son poids est relativement faible et sa durée de vie est correcte. REVENDICATIONS 1. Buse à double circuit d'injection de carbu- rant pour chambre de combustion d'un turboréacteur, carac- térisé en ce qu'elle comporte: - a. des moyens constituant un circuit primaire (26) avec extrémité d'entrée recevant un écoulement pri- maire de carburant, et extrémité opposée de sortie (26B) permettant de former un jet de sortie primaire (60) avec mouvement de rotation prédéterminé, ces moyens comportant un axe central longitudinal; b. des moyens constituant un circuit secon- daire (32) avec extrémité d'entrée recevant un écoulement secondaire de carburant, et extrémité opposée de sortie (32B) permettant de former un jet de sortie secondaire (62) avec mouvement de rotation dont le sens correspond prati- quement à celui du mouvement de rotation du jet de sortie primaire, ces moyens étant disposés de manière fixe autour des moyens constituant le circuit primaire, leur extrémité de sortie étant disposée autour de l'extrémité de sortie de ces moyens constituant le circuit primaire, afin de former un jet de sortie conjugué; et c. des moyens de décharge (36) placés autour des moyens constituant les circuits primaire et secondaire pour recevoir le jet de sortie conjugué et former un jet de sortie traité pour une utilisation correcte dans la chambre de combustion, ces moyens de décharge comportant une partie conique (38) avec une extrémité d'entrée de diamètre relativement faible qui s'élargit le long de l'axe central longitudinal vers une extrémité de sortie de diamètre relativement important, cette partie conique défi- nissant un angle solide inclus d'au moins 450 à partir de l'axe central longitudinal du circuit primaire. 2. Buse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'angle solide est compris entre 500 et 65 environ. 3. Buse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'angle solide est de l'ordre de 600. 4. Buse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'axe central longitudinal est linéaire. 5. Buse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'axe central longitudinal est curviligne. 6. -Buse selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens constituant le circuit primaire (26), les moyens constituant le circuit secondaire (32) et les moyens de décharge (36) sont placés dans une enveloppe de buse dont la surface extérieure comporte un revêtement de protection (52). 7. Buse selon la revendication 6, caractérisée en ce que le revêtement de protection est en carbure de chrome. 8.-Buse selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle ne comporte pas de structure de bouclier d'air autour de l'enveloppe de buse.