Brevet FR2626937A1 — publié le 19890811

i} 2626937 Cette invention se rapporte à un brûleur de carburant pour moteur à turbine à gaz. Des brûleurs de carburant pour moteur à turbine à gaz sont connus dns lesquels une série annulaire d'ijecteuts de carburant est disposée de façon à conduire des jets ponctuels de carburant vers la surface radialemnent intérieure d'un corps annulaire et à produire un écoulement de earburant sur cette surface. Un couvercle est prévu à l'extrémité aval du corps annulaire. I se trouve à une certaine distance axiale de rextrémité aval du corps annulaire de sorte quWun espace est défini entre eux. Iair, qui s'écoule en service à travers le corps annulaire, séchappe par cet espace et, de ce fait, vaporise le carburant qui a été conduit sur la surface intérieure de ce corps et s'y est écoulé. Le carburant vaporisé qui en résulte est ensuite dirigé au sein de la chambre de combustion associée au brûleur, après quoi le mélange carburant/air est brûlé. Avec des brûleurs de ce type, il a été constaté que des zones de turbulence peuvent être générées i 'intérieur du volume défimni par le corps annulaire lorsque le brûleur fonctionne sous de fortes pressions, c'est-à-dire lorsque l'air délivré au brûleur se trouve à une pression et une température élevies. Les zones de turbulence ainsi générées conduisent a leur tour à une recirculation à l'intérieur du brleur de sorte que des régions de mélange carburant/air à faibles vitesses sont créées. Ces régions de mélange carburant/air à faible vitesse peuvent enfin senflammer spontanément, occasionnant une surchauffe appréciable du brûleur. La présente invention a pour objet de foumrnir un brûleur pour moteur à turbine à gaz dans lequel de telles zones de turbulence sont réduites à une taille qui évite effectivement toute ignition spontanée à rintérieur du brûleur. Conformément à la présente invention, un brûleur de carburant adapté à un moteur à turbine à gaz comprend un corps annulaire définissant une surface annulaire radialement intérieure.:L'extrémit amont du corps annmlulaire est adaptée pour recevoir, en service, un écoulement d'air. Un collecteur annulaire de carburant, disposé à l'extrémité amont dudit corps annulaire de façon à être coaxial par rapport audit corps annulaire et à se trouver au moins partiellement à lintérieur de ce corps, est adapté à conduire le carburant sur ladite surface annulaire. Par ailleurs, un corps central de section circulaire présente au moins une portion principale disposée de façon coaxiale à l'intérieur dudit corps annulaire et en général à raval dudit collecteur de sorte qu'il coopère avec ledit corps annulaire pour definir un chemin d'écoulement a travers ledit brûleur. Les extrémités aval dudit corps central et dudit corps annulaire sont agencées de façon à coopérer et à définr ainsi une évacuation annulaire dirigée dans l'ensemble tadialement. Les extrémités aval dudit corps central et dudit corps annulaire coopèrent enfin avec au moins une partie dudit collecteur de carburant pour définir deux passages coaxiaux servant à diriger ledit écoulement d'air. à l'intérieur dudit chemin d'écoulement annulaire àtravers ledit brûleur, L'invention va à présent être décrite à l'aide d'un exemple en faisant référence au dessin joint qui est une coupe d'une vue de côté d'un brûleur de carburant confomnnément à la présente invention. Selon le dessin, un brûleur de carburant adapte ài un moteur à turbine à gaz (non représenté) porte la référence générale 10, Le brûleur 1.de carburant comprend un corps annulaire 1 1 qui, en service, est fixé a la paroi amont ou tête 12 d'une chambre de combustion (non représentée) d'un moteur à turbine à gaz conventionnel. Le corps annulaire 1 1 définit une surface 13 annulaire, radialement intérieure et plusieurs jets de carburant sont orientés vers sa région aval 14, le carburant provenant d'un collecteur 15 de carburant annulaire, s'étendant axialement. Le collecteur 15 de carburant présente un diamètre plus petit que celui du corps annulaire 11 et inclut une chambre 16 annulaire qui est alimentée en carburant par un conduit 17 d'alimentation en carburant ménagé à l'intérieur d'un bras 18 supportant le collecteur 15. Le collecteur de carburant est disposé de façon coaxiale par rapport au corps annulaire 1 et i l'amont de ce dernier. Une portion de l'extrémité aval du collecteur 15 de carburant s'étend jusqu'à l'intérieur du corps annulaire 11 de sorte qu'un passage annulaire 21 est défini entre eux. Plusieurs petits gicleurs 19 sont prévus dans le collecteur 15 de carburant afin de relierla chambre 16 annulaire à l'espace annulaire 21 et définir ainsi en service les jets de carburant qui sont représentés par des lignes 20 en pointillés. Les jets 20 de carburant traversent de la sorte le passage annulaire 21. Le corps annulaire 11 porte, au moyen de plusieurs entretoises 23 radiales, aérodynamiques, un corps central 22 creux et de section généraiement circulaire. La plus grande partie du corps central 22 est disposée à l'intérieur du corps annulaire 1, de façon coaxiale à ce dernier, de sorte qu'un chemin 24 d'écoulement annulaire est défini entre eux. L'extrémité amont 25 du corps central 22 présente un dlamètre plus petit que le restant de façon à permnnettre que l'extrémité 25 se trouve à r'intérieur de l'rextrémité aval du collecteur 15 de carburant et coaxiale à ce dernier, L'extrémité amont 25 du corps central présente un diamètre plus petit que celui du collecteur 15 de carburant de sorte qu'un second passage annulaire 26 est défini entre eux. Ce dernier est coaxial au premier passage annulaire 21 et de section généralement comparable. L:extrémité amont du brûleur 10 de carburant est exposée en service à un écoulement d'air à hautes pressions fourni par le compresseur d'un moteur à turbine à gaz dans lequel il est monté. Cet écoulement d'air est divisé en deux écoulements par le collecteur 1'5 de carburant: un premier écoulement à travers le premier passage annulaire 21 radialenment extérieur et un second écoulement àtravers le second passage annulaire 26 radialement intérieur. Les deux écoulements s'unissent à nouveau en aval du collecteur 15 de carburant pour créer une région de turbulence 27 mineure. Toutefois, cette turbulence est locale et la majeure partie de l'écoulement d'air le long du chemin 24 déoulement annulaire n'est pas turbulent. L'extrémité aval 28 du corps central 22 est munie d'une bague 29 généralement en forme de tronc de cône disposée à sa périphérie et coopérant avec l'extrémité aval du corps annulaire I l pour définir un échappement 31 annulaire, généralement dirigé radialement, de l'écoulement d'air passant par le chemin 24 d'écoulement annulaire. Des ailettes 32 s'étendent à travers presque la totalité de la Iargeur axiale de l'échappement 31 afin d'assurer que l'récoulement d'air reste non-turbulent dans la région de 'échappement 31. Dans la présente forme de réalisation, lécoulement d'air provenant de l'réchappement 31 est dirigé dans une direction légèrement amontL On comprendra cependant que la direction réelle dépendra des caractéridstiques de la chambre de combustion avec laquelle le brûleur 10 de carburant est associé. Le carburant dirigé par les becs 19 sur la surface 13 annulaire s'écoule le long de cette surface 13 et, naturellement autour des entretoises 23 aérodynamiques, sous la forme d'un film comme cela est indiqué par les lignes 33 en pointillés. Lorsque ce film de carburant atteint l'extrémité aval du corps annulaire lI, il est vaporisé par l'écoulement d'air provenant de l'réchappement 31 et se mélange avec cet écoulement d'air pour introduire un mélange inflammable à l'intrieur de la chambre de combustion avec laquelle le brûleur'10 de carburant est associé. On verna en conséquence qu'tune turbulence minimale se produit à l'intérieur du brûleur 10 de carburant de sorte que les risques de recirculation et donc de combustion spontanée sont considérablement réduits. Bien que, dans le-présent exemple, le corps central 22 est montré fixé au corps annulaire 1l au moyen d'entretoises 23 aérodynamiques, on comprendra que, dans certains cas, les entretoises 23 peuvent être éliminées et les ailettes 32 agencées pour être assujetties à l'extrémité avsal du corps annulaire l1 et fournir ainsi la liaison nécessaire. Lors d'un cycle normal de service du brûleur 10 de carburant, des effets thermiques se manifestent dans le corps central 22 et le corps annulaire 1I, se contractant et se dilatant axialement à différentes vitesses. Cela est autorisé par la mesure suivante: Si les entretoises 23 sont présentes, les ailettes 32 ne lient pas physiquement le corps annulaire 11 et la bague 29 tronconique au corps central 2S. Toutefois, de telles vitesses différentielles de contraction et de dilatation pose un autre problème associé aux passages annulaires intérieur 26 et extérieur 21. Aussi, afin d'assurer que les sections des deux passages annulaires intérieur 26 et extérieur 21 restent constantes, les portions dés-surfaces du corps annulaire 1 1, du corps central 22 et du collecteur 15 de carburant qui servent à définir ces passages 21 et 26, sont disposées pour être dans leur ensemble parallles les unes aux autres, Il est en effet important de maintenir une section constante pour assurer dans toutes les conditions de service un écoulement d'air convenable à travers le brIûleur 10 de carburant. Des brûleurs 10 de carburant selon la présente invention sont primitivement prévus pour utiliser du gas-oil comme carburant. On notera toutefois que d'autres carburants peuvent être utilisés si on le désire. Revendications: I.- Brûleur de carburant pour moteur à turbine à gaz comprenant un corps annulaire ayant une surface annulaire radialement intérieure et dont l'extrémité amont est adaptée à recevoir en service un écoulement d'air,. un collecteur de carburant annulaire disposé à rextrmité amont dudit corps annulaire de hfaçon à être coaxial audit corps annulaire et au moins partiellement à lintérieur dudit corps annulaire, ledit collecteur de carburant étant adapté à diriger du carburant sur ladite surface annulaire et un corps central de section circulaire dont au moins une portion principale est disposée de façon coaxiale à l'intérieur dudit corps annulaire et généralement à lavai dudit corps annulaire pour définir un chemin d'écoulement annulaire à travers ledit brûleur, les extrémités aval dudit corps central et dudit corps annulaire étant configurées pour définir par coopération un échappement généralement orienté radialement dudit chemin d'écoulement annulaire, caractérisé en ce que les extrémités amont dudit corps central (22) et dudit corps annulaire (I 1) coopèrent avec au moins une partie dudit collecteur (15) pour définir deux passages (21, 26) coaxiaux de sections généralement comparables servant à diriger ledit écoulement d'air à l'intérieur dudit chemin (24) d'écoulement annulaire à travers ledit brûleur avec une turbulence minimale dudit éecoulement d'air. 2.- Brûileur de carburant selon la revendicatiol 1, caractérisé en ce que ledit collecteur ( 15) de carburant sétend axialement. 3.- Brûleur de carburant selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une portion amont dudit corps central (22) présente un diamètre extérieur plus petit que le diamètre intérieur d'au moins une portion aval dudit collecteur de carburant (15), ladite portion amont dudit corps central (22) setrouvant à l'ntérieur de ladite portion aval dudit collecteur (15) de carburant et séparé d'elle ra mdialement de façon à définir un desdits passages (2 1) servant i diriger ledit écoulement d'air à lrintérieur dudit chemin d'écoulement annulaire à travers ledit brûileur (10). 4.- Brûleur de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit corps central (22) est lié audit corps annulaire (1 I) par plusieurs entretoises (23) aérodynamiques s'itendant à travers ledit chemin (24) d'coulement annulaire. 5.- Brûleur de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs ailettes (31) déflectrices sont prévues dans ledit échappement (31) généralement dirigé radialement dudit chemin (24) découlement annulaire. 6.- Briûleur de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux.passages (21, 26)' coaxiaux définis ont chacun des portions de paroi qui sont au moins en partie parallèles de façon.que toute dilatation thermique axiale différentielle dans ledit corps annulaire (1 1), ledit collecteur (15) de carburant et ledit corps central (22) a un effet minimal sur les sections desdits passages coaxiaux. 7.- Brûileur de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité aval dudit corps central (22) présente une périphérie de forme générale tronconique afin de donner une composante axiale vers l'aval audit échappement (31) généralement dirigé radialement dudit chemin (24) d'écoulement annulaire. 8.- Brûleur de carburant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit carburant est du gas-oil.