Brevet FR2500064A2 — publié le 19820820

FR 2500064 A2 19820820 FR 8103046 A 19810217 250006 4 Dispositif d'allumage de carburant injecté dans un milieu gazeux en écoulement rapide. Le brevet principal concerne un dispositif d'allumage de carburant injecté dans un milieu comburant gazeux en écoulement rapide, utilisable notamment pour l'allumage de la réchauffe d'un turboréacteur d'aviation. Selon la revendication 1 du brevet principal, ce dispo- sitif d'allumage comprend une enceinte placée dans un écoulement gazeux et.pourvue d'un organe d'allumage tel qu'une bougie, et il est caractérisé en ce que ladite enceinte reçoit à travers une grille ou plaque perforée d'entrée un mélange carburé qui est allumé dans ladite enceinte par ledit dispositif, et est pourvue d'un conduit tubulaire recevant par son extrémité amont un jet de car- burant qu'il décharge, avec des gaz prélevés par ladite extrémité amont dans ledit écoulement, dans ladite enceinte en aval dudit organe d'allumage. Lorsque la rechauffe (ou post=combustion) est allumée, l'organe d'allumage tel qu'une bougie cesse d'être alimenté, si bien que l'enceinte du dispositif d'allumage n'est pas allumée en permanence. La présente invention concerne un perfectionnement du dis- positif d'allumage selon la revendication 1 du brevet prin- cipal, l'objet de ce perfectionnement étant essentielle- ment d'améliorer le fonctionnement du dispositif d'allumage, notamment aux températures élevées. Le dispositif d'allumage de carburant injecté dans un milieu comburant gazeux en écoulement rapide est du type qui vient d'être indiqué, et il est caractérisé en ce que l'enceinte, pourvue d'un organe d'allumage tel qu'une bougie élec- trique, comporte en outre un élément d'allumage catalytique, qui est disposé dans ladite enceinte en amont de l'extré- mité aval du conduit tubulaire destiné à décharger un jet de carburant, et à l'extérieur de, par exemple, autour dudit conduit tubulaire. L'élément supplémentaire d'allumage catalytique, qui est prévu selon la présente invention, offre un double avantage d'une part, comme l'élément d'allumage catalytique n'agit que sur des gaz portés à une température déjà élevée, de l'ordre de 350 C, ce dispositif supplémentaire d'allumage supplée à l'organe d'allumage tel qu'une bougie électrique, dans la gamme de fonctionnement du turboréacteur qui cor- respond aux températures élevées des gaz, de façon à accroître la fiabilité du dispositif d'allumage dans cette gamme de fonctionnement. D'autre part, l'élément d'allumage catalytique pouvant agir en permanence, sans consommer d'énergie, il permet d'utiliser le dispositif d'allumage selon la présente-invention pour produire une flamme pilote. Il était déjà connu d'utiliser des éléments d'allumage catalytique dans la technique des turboréacteurs. Le brevet français no 1 454 312 décrit un dispositif d'al--. lumage de carburant injecté dans un courant de gaz comburant, comprenant au moins un élément catalytique disposé dans un passage de circulation à l'intérieur d'une masse de matière réfractaire. Il y est en outre indiqué que le ou les élé- ments catalytiques peuvent être utilisés pour la post- combustioi dans la tuyère d'éjection d'un turboréacteur. Il résulte Cependant de ce qui précède qu'un tel dispositif d'allumage, dépourvu d'organe d: allumage tel qu'une bougie éiectriqum, fonctionne mal aux basses températures des gaz éjectes. D'autre part, le dispositif d'allumage à action purement catalytique qui est décrit dans ce brevet antérieur, nécessite d'être alimenté avec un flux d'air sous pression, dérivé de la sortie des compresseurs du turboréacteur certaines de ses réalisations nécessitent en outre une ali- mentation spéciale en Carburant. Parrapport à ces réalisa- tions antérieures, le dispositif d'allumage selon la présente invention offre donc l'avantage supplémentaire de ne nécessiter aucune alimentation spéciale en air comprimé et éventuellement en carburant, puisque, comme on l'a déjà indiqué dans le brevet principal, le dispositif d'allumage selon la présente invention est alimenté directement par les gaz chauds que la turbine envoie dans le canal de post- combustion et par le jet de carburant provenant de la rampe d'injection montée dans ledit canal de post-combustion. Le brevet français nc 2 382 584 déorit une turbine à gaz dans la chambre de combustion de laquelle sont disposés, en série, un brûleur-pilote, alimenté par un injecteur de carburant et associé à un dispositif d'allumage électrique, classique, ainsi qu'une zone de combustion catalytique, placée en aval de la chambre de combustion. En fait, dans le cas de la disposition décrite dans ce brevet antérieur, le dispositif d'allumage classique et l'élément catalytique n'agissent pas sur la.même masse de gaz, et ils ne sont visiblement pas disposés dans un même dispositif d'allumage' utilisable pour la post-combustion d'un turboréacteur. Le-brevet américain n0 4 040 252 décrit une chambre de combustion comprenant une section axiale de prémélange, dans laquelle est injecté le carburant, le courant de gaz chauds étant ensuite guidé vers une section périphérique, de' forme annulaire, renfermant dés éléments z-atalytiqties. Dans ce cas également, les moyens utilisés' pour allumer le carburant dans la chambre de przmélange n'agissent pas sur la même masse de gaz que celle qui traverse les éléments catalytiques. Il ne s'agit pas non plus d'un dispositif d'allumage pour la post-combustion. Le dispcsitif d'allumage selon la présente invention est susceptible de deux formes de réalisation principales; celles-ci diffèrent entre elles en ce que l'élément d'al- lumage catalytique estdisposà dans l'enceinte, dans une première forme de réalisation, en aval de la partie de l'organe d'allumage tel qu'une bougie, qui pénètre. dans ladite enceinte, et, dans le cas de l'autre forme de réa- lisation, au niveau., et de préférence en regard de la partie de l'organe d'allumage tel qu'une bougie, qui pénètre dans ladite enceinte. Relativement à l'action de l'organe d'al- lumage tel qu'une bougie sur le flux gazeux qui traverse l'enceinte, l'action de l'élément d'allumage catalytique a lieu en série dans le cas de la première forme de réali- sation, et en parallèle dans le cas de la seconds. A titre d'exemple, on-a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé ces deux formes -de réali- sation de l'invention. La figure 1 est unevue en coupe axiale de la première forme de réalisation. La figure 2 est une vue en coupe axiale de la- seconde forme de réalisation. La figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-IiI de la figure 2. La figure 1 représente en coupe axiale un dispositif d'allumage selon la présente intention, qui peut être 250006.4 monté notamment dans le canal de post-combustion d'un turboréacteur d'aviation, comme le dispositif d'allumage 11 illustré sur les figures 1 et 2 du brevet principal. Sur la figure 1, le repère 1 désigne une enveloppe de forme générale tubulaire, ouverte à ses deux extrémités cette enveloppe tubulaire l présente un diamètre constant sur la plus grande partie de sa longueur, et un diamètre un peu supérieur dans sa partie amont la, qui est disposée en regard de la rampe d'injection 2 et de l'enclume 3, comme décrit dans le brevet principal. Dans l'extrémité amont, la, de l'enveloppe tubulaire 1 est engagée une grille 4, qui est fixée par sa collerette 4a à la paroi de ladite partie amont la, par des moyens appropriés, par exemple des rivets 5. Les perforations de la grille 4 sont déterminées de façon à calibrer le débit du mélange gazeux qui pénètre à l'intérieur de l'enveloppe tubulaire 1 dans le sens des flèches f. Comme décrit dans le brevet principal, un conduit tubulaire 6, par exemple métallique, est disposé à l'intérieur de l'enveloppe tubulaire 1, coaxialement avec celle- ci, l'extrémité amont 6a du conduit tubulaire 6 traverse un trou central de la grille 4 qui lui sert ainsi de support. Un organe d'allumage tel qu'une bougie élec- trique 7 est engagé par son extrémité active Ta à l'inté- rieur de l'enveloppe 1, à travers une ouverture lb aména- gée dans la partie médiane de sa paroi latérale. L'étan- chéité de l'enveloppe 1 au niveau de la bougie 7 est assu- rée par un manchon 8. Selon la présente invention, un élément d'allumage cataly- tique, dont l'ensemble est désigné par 9, est disposé dans l'enceinte tubulaire 1, en amont de l'extrémité aval 6b du conduit tubulaire 6, et autour dudit conduit tubulaire 6. Dans cette première forme de réalisation, l'élément d'allumage 250006-4 catalytique 9 est en outre placé, dans l'enceinte 1,'en aval de la partie Ta7 de la bougie 7 qui pénètre dans l'enceinte 1, ledit élément catalytique 9 étant placé entre deux grilles transversales 10a et 10b, constituées en ou revêtues avec un matériau réfractaire, et à l'intérieur d'une enveloppe également en matériau réfractaire; dans la forme de réalisation considérée, cette enveloppe réfrac- taire est constituée par deux demi-coquilles, 11a et 11b, insérées entre les deux grilles, 10a et 10b. L'élément catalytique, lui-même 9, est constitué par exemple par du grillage ou de la mousse métallique, notamment de la mousse de platine. Enfin, la paroi interne de l'enceinte 1 et la paroi externe du conduit tubulaire 6 sont également revê- tues avec un matériau réfractaire, tout.-au moins dans leurs parties comprises entre les deux grilles 10a et 1Ob. L'ensemble 9-10a-10b-11a-11b est de préférence engagé à frottement doux dans l'espace annulaire compris entre l'enveloppe tubulaire 1 et le conduit tubulaire 6, de ma- nière à pouvoir être facilement extrait dudit espace annu- laire par l'extrémité aval, ouverte, de l'enceinte tubu- laire 1, de façon à faciliter l'échange de l'élément d'al- lumage catalytique 9 lorsque son fonctionnement cesse d'être satisfaisant. Des moyens d'arrêt (non représentés) seront avantageusement prévus, tels que par exemple un circlip en amont de la grille 10a et un circlip en aval de la grille b, logeables dans des rainures prévues à cet effet dans l'envoppe tubulaire 1. Le dispositif d'allumage illustré sur la figure 1 et pré- cédemment décrit fonctionne de la façon suivante: la rampe d'injection 2 projette, par ses ajutages amont, 2a, du carburant qui se pulvérise sur l'enclume 3; le carbu- rant ains pulvérisé est entraîné par le flux de gaz chauds, provenant de la turbine (non représentée) dans le sens indiqué par les flèches f, le mélange gazeux pénétrant dans l'enceinte annulaire 1 à travers les perforations de la grille 4. En même temps, l'ajutage aval 2b de la rampe d'injection 2 projette du carburant dans le conduit tubulaire 6, comme décrit dans le brevet principal. Pen- dant la période de démarrage du turboréacteur, la bougie électrique 7 est alimentée et elle produit efficacement l'allumage du mélange gazeux qui se trouve dans l'espace annulaire compris entre l'enceinte tubulaire l et le conduit tubulaire 6; le mélange gazeux de combustion tra- verse alors la grille 10a, l'élément catalyseur 9, et la grille 10b, puis sort de l'enceinte 1 par son extrémité aval ouverte, au niveau de laquelle le mélange gazeux -provoque l'allumage du carburant sortant de l'extrémité aval du conduit tubulaire 6b, comme décrit dans le brevet principal. Pendant cette phase de démarrage, l'action catalytique de l'élément catalyseur 9 est pratiquement négligeable en raison de Sa faible température; sa tempé- rature s'élève cependant progressivementpar échange ther- mique avec le mélange gazeux en combustion qui le traverse. Lorsque l'élément catalytique 9 atteint une température de l'ordre de 350'C, ledit élément catalytique fonctionne en élément d'allumage, si bien que la bougie électrique 7 peut cesser d'être alimentée-. Sur les figures 2 et 3, qui représentent une seconde forme de réalisation, on a utilisé.les mêmes références pour désigner des organes homologues de ceux de la forme.de réa- lisation de la figure 1. Cette seconde forme de réalisa- tion diffère de celle illustrée sur la figure 1,seulement en ce que l'élément d'allumage catalytique 9 est disposé dans l'enceinte 1 au niveau dé, et même en regard de la partie Ta de la bougie électrique 7 qui pénètre dans l'enceinte 1. Par suite, lorsque la bougie électrique 7 est alimentée 2500-06-4 et que l'élément catalytique 9 a été porté à une tempé- rature suffisante, iles deux éléments d'allumage agissent en parallèle sur le mélange gazeux qui traverse l'espece annulaire entre l'enceinte 1 et le conduit 6, alors que, dans les mêmes conditions, ils agissaient en série sur le mélange gazeux dans le cas de la forme de réalisation de la figure 1. La présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation précédemment décrites. Elle englobe toutes leurs variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'allumage de carburant injecté dans un milieu comburant gazeux en écoulement rapide, utilisable notamment pour la rechauffe d'un turboréacteur d'aviation, selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisé en ce que l'enceinte (1), pourvue d'un organe d'allumage (7) tel qu'une bougie électrique, comporte en outre un élément d'allumage catalytique (9), qui est disposé dans ladite enceinte en amont de l'extrémité aval du conduit tubulaire exemple autour dudit conduit tubulaire (6). 2. Dispositif selon la revendication 1-, caractérisé en ce que l'élément d'allumage catalytique (9) est disposé dans l'enceinte (1), en aval de la partie (7a) de l'organe d'al- lumage (7) tel qu'une bougie, qui pénètre dans ladite enceinte. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément d'allumage catalytique (9) est disposé dans l'enceinte au niveau de, et de préférence en regard de la partie (7a) de l'organe d'allumage (7) tel qu'une bougie, qui pénètre dans ladite enceinte. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément d'allumage catalytique est placé dans l'enceinte, de forme allongée, entre deux grilles transversales (10a, 10b), constituées en/ou revêtues avec un matériau réfractaire, et de préférence à l'intérieur d'une enveloppe en matériau réfractaire (11a, 11b), insérée entre les deux grilles. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la paroi interne de l'enceinte (1) et la paroi externe du conduit tubulaire (6) sont également revêtues avec un matériau réfractaire, tout au moins entre les deux grilles.