Brevet FR2504601A1 — publié le 19821029

i La présente invention concerne les brûleurs de carbu- rant pour moteurs à turbine à gaz et vise en particu- lier à résoudre le problème de l'accumulation de car- bone sur certaines parties des brûleurs du type nébu- liseur, telles que le corps central ou buse qui, en règle générale,-fait partiellement saillie dans le tube à flamme mélangeur de la chambre de combustion Les particules de carbone, dont la production est plus abondante lorsque le moteur fonctionne à un ré- gime supérieur à son régime normal, par exemple à son régime de pointe, ont tendance à s'accumuler sur les bases relevées des buses des brûleurs de sorte qu'une masse de carbone assez importante peut finir par ad- hérer à ces bases A un certain moment, tout ou par- tie de cette masse importante de carbone se détache de la buse, traverse la chambre de combustion du mo- teur, et vient en frapper les parties aval, telles que les aubes de distributeur ou les aubes fixes et mobiles de la turbine qu'elles érodent ou endommagent plus sérieusement La présente invention a pour but de réaliser un moyen d'éviter un dép 8 t de carbone par trop important et constitue un perfectionnement ou variante de l'inven- tion décrite et revendiquée -ans la Demande de Brevet Français des mêmes titulaires, déposée le 14 mars 1980 sous le NQ 80 05819 Dans cette précédente Demande de Brevet, la buse était évidée et Ea paroi était percée de plusieurs ouvertures au voisinage de son extrémité aval Cette disposition réussissait bien à réduire l'accumulation de carbone mais l'expérience révéla que, dans certaines conditions, les ouvertures les plus en aval avaient tendance à fonctionner comme de petits injecteurs de carburant et étaient le siège d'une combustion de mélange gazeux, combustion qui endommageait la buse et suscitait d'autres problèmes de combustion La présente invention propose un brûleur de moteur à turbine à gaz possédant un conduit annulaire pour l'écoulement d'un courant d'air et de carburant, ce conduit étant défini par une paroi du brûleur et par un corps central porté dans ledit conduit, ce corps central étant creux et possédant une extrémité amont fermée et une extrémité aval ouverte par rapport à l'écoulement d'air dans ledit conduit, la paroi amont dudit corps central étant peroée d'une pluralité d'ou- vertures s'étendant entre le conduit annulaire et l'intérieur du corps central, chacun deedites ouver- tures comportant des organes tourbillonneure d'air permettant à une partie de l'air traversant le corps annulaire de s'écouler sur la presque totalité de la face interne du oorps central L'invention est décrite ci-après en détail en se ré- ferant à deux exemples préféré#, non limitatifs, de réalisation, représentés sur les dessine annexés dans lesquels la figure 1 est une coupe axiale d'un turboréacteur équipé d'une forme de brûleur selon l'invention; la figure 2 est une coupe axiale partielle de l'ap- pareillage de combustion équipant le turboréacteur de la figure 1; la figure 3 est une coupe axiale du brûleur et de sa buse selon la Demande de Brevet Français préci- tée No 80 05819; la figure 4 est une coupe axiale semblable à celle de la figure 3 mais montrant un brûleur et sa buse conformes à la présente invention; la figure 5 est une coupe selon la ligne V-V de la figure 4; et la figure 6 est une coupe axiale d'un brûleur et de sa buse selon une variante de la présente invention. Le turboréacteur 10 représenté à la figure 1 comporte une soufflante canalisée 12 à un seul étage entraÂnée par une turbine basse pression 14, un compresseur moy- enne pression 16 entrainé par une turbine moyenne pres- sion 18, un compresseur haute pression 20 entralné par une turbine haute pression 22, et un appareillage de combustion 24 L'air propulsé par la soufflante 12 s'écoule dans un canal de dérivation 26 et s'échappe par une tuyère propulsive 28 tandis que les gaz pro- venant des turbines 14, 18 et 22 s'échappent par une seconde tuyère propulsive 30 L'appareillage de com- bustion 24, représenté plus en détail sur les figures 2 et 3, comporte une chambre de combustion 32, annu- laire dans l'exemple représenté mais pouvant être tubulaire ou tubannulaire, et comportant un plurali- té de brûleurs circulairement équidistants 34 -ont l'un seulement est représenté Chaque brûleur 34 comporte un conduit annulaire 36 défini par une paroi 38 et par un corps central ou buse 40 porté dans le conduit annulaire par un croi- sillon 42 En fonctionnement, le carburant ezst in- jecté depuis une rampe d'injection 44 dans lé brûleur par d S ouvertures inclinées 46 de façon que le car- burant tourbillonne le long de la paroi 38 en s'écou- lant vers l'aval et en suivant un chemin semblable à une hélice de faible pas L'air s'écoulant dans le conduit 36 n'a qu'une composante de direction axiale et la buse est conformée de façon à constituer un venturi ayant un orifice de sortie annulaire 48, afin d'accélérer la viteeoe de l'air et du carburant en direction de la sortie pour produire entre eux un cisaillement maximal qui nébulisera le carburant Cette conformation donne une buse dont la base aval se termine de façon abrupte en faisant partiellement saillie dans le tube à flamme de sorte que le carbone engendré dans la chambre de combustion aura tendance à s'accumuler sur cette base La buse 40, représentée plus en détail sur la figure 3, comporte une partie interne évidée 50 ne laissant subsister qu'un méplat annulaire 52 assez étroit par comparaison avec la base circulaire pleine préexis- tante Dans la paroi de la buse sont percées deux rangées de trois ouvertures équidistantes 54, l'axe de chaque ouverture étant tangent à un cercle de dia- mètre plus petit que le diamètre intérieur de la buse dans le plan contenant l'axe et incliné en direction aval En fonctionnement, une faible proportion de l'air s'écoulant axialement dans le conduit annulaire 36 traverse les ouvertures 54 et gagne l'intérieur de la buse puis s'é coule sur la surface interne de cette dernière, empochant le carbone de se dép'oser sur cette surface Comme il ne se produit aucun, ou presque aucun, dépôt de carbone sur la buse, les éléments du moteur placés en aval ne sont pas exposés à une érosion provenant de ce carbone et leur durée de service en est augmen- tée Cependant l'expérience a révélé que, dans certaines conditions de fonctionnement, il y avait de l'air et du carburant dans certaines des ouvertures 54, géné- ralement dans celles situées le plus en aval, qu'il se produisait une combustion dans, et au voisinage de ces ouvertures, et que le venturi endommageait la bu- se On a constaté en outre que la combustion du car- burant-dans les ouvertures et dans le venturi était préjudiciable à l'écoulement dans le venturi 48 et abaissait le rendement général de la combustion La figure 4 montre la modification ou perfectionnement selon la présente invention; dans cette figure, les pièces identiques à celles de la figure 3 portent les mêmes chiffres de référence La buse 40 de la figure 4 est complètement évidée, de sorte que l'épaisseur de sa paroi est essentiellement constante; cette buse comporte une extrémité amont fermée 56 et une extrémité aval ouverte 58 La buse est portée dans un conduit 36 par trois bras 42 a lo- gés, à une de leurs extrémités, dans des fentes 42 b ménagées dans la surface externe de la buse et, à leurs autres extrémités, dans des fentes 42 c ménagées dans la paroi 38 du braleur 34; dans toutes ces fen- tes, ces bras son-" fixés par brasage Au voisinage immédiat de l'extrémité amont 56 de la buse, la paroi de celle-ci est percée d'une pluralité d'ouvertures équidistantes 60 permettant à l'air comprimé prove- nant du compresseur haute pression 20 du moteur de pénétrer à l'intérieur 50 de la buse 40 Cet air est mis en tourbillon, comme l'indique la flèche A de la figure 6, de façon à balayer la surface interne de la buse pour empecher l'accumulation de carbone Cet effet tourbillonnaire peut s'obtenir au moyen d'une ou de plusieurs aubes de guidage placées dans chaque ouverture ou, de préférence, en orientant l'axe de chaque ouverture 60 de façon qu'il soit tangent à un cercle de diamètre plus petit que le diamètre inté- rieur de la buse dans un plan contenant chacun des- dits axes d'ouvertures (figure 5) Du fait que les ouvertures sont situées à l'extrémité amont de la buse, c'est à dire en amont des orifices d'entrée de carburant 46, la combustion d'air et de carburant dans ces ouvertures devient impossible Un autre avantage est que, du fait que les ouvertures sont situées très en amont de l'orifice annulaire 48, l'air passant par les ouvertures n'affecte pas l'écou- lement d'air sortant par cet orifice 48 comme le fe- raient des ouvertures plus rapporchées de l'extrémité aval de la buse Le brûleur représenté à la figure 6 est identique à celui des figures 4 et 5 et les pièces semblables portent les mêmes chiffres de référence Dans ce brûleur, le mélangeur extérieur a été supprimé pour permettre d'utiliser le brfleur sur des chambres de combustion tubulaires à diffuseur, dans lesquelles ? 50460 ' le mélangeur extérieur est remplacé par une couronne d'aubes de tourbillonnement (non représentées) que traverse l'air et dont l'action est semblable à celle du passage de l'air dans le mélangeur du brûleur des figures 4 et 5 REVLNDICATIONS 1 Brûleur de earburant pour moteur à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il possède un conduit annulaire ( 36) pour l'écoulement d'un courant d'air et de car- burant, ce conduit étant défini par une paroi ( 38) du brfleur ( 34) et par un corps central ( 40) porté dans ledit conduit, ce corps central étant creux et possé- dant une extrémité amont fermée ( 56) et une extrémité aval ouverte et béante ( 58) par rapport à l'écoulement d'air dans ledit conduit annulaire, la paroi amont dudit corps central étant percée d'une pluralité d'ou- vertures ( 60)s'étendant entre le conduit annulaire et l'intérieur ( 50) du corps central, chacune desdites ouvertures comportant des organes tourbillonneurs d'air permettant à une partie de l'air traversant le corps annulaire ( 38) de s'écouler sur la presque to- talité de la surface interne du corps central ( 40) 2 Brfleur selon la Revendication 1, caractérisé en ce que chacune des ouvertures ( 60) comporte au moins une aube de guidage faisant tourbillonner l'air la franchissant 3 Brûleur selon la Revendication 1, caractérisé en ce que l'axe de chaque ouverture ( 60) est tangent à un cercle de diamètre inférieur au diamètre intérieur du corps central ( 40) dans le plan contenant ledit axe, afin de communiquer une composante de tourbil- lonnement à l'air y pénétrant