Brevet FR2672667A1 — publié le 19920814

On connait déjà une chambre de combustion, notamment pour turbo-machines, comportant une première enceinte, munie d'un premier dispositif d'injection de carburant pour le fonctionnement à faible puissance et de premiers orifices d'admission de comburant primaire; une deuxième enceinte, distincte de la première enceinte, munie d'un deuxième dispositif d'injection de carburant pour le fonctionnement à pleine puissance et de deuxièmes orifices d'admission de comburant primaire; et, une troisième enceinte d'évacuation des gaz brûlés, distincte desdites première et deuxième enceintes, dans laquelle ces première et deuxième enceintes débouchent en parallèle FR-A-2 402 068 représente une telle chambre de combustion. Il convient de noter que, selon l'art antérieur connu, les injections des premier et deuxième dispositifs d'injection sont dirigées dans le même sens Il en résulte un temps de transit court des gaz issus de la première enceinte et parvenant dans l'enceinte d'évacuation, et par suite une combustion incomplète et un taux élevé d'imbrûlés, si bien que la pollution provoquée par le fonctionnement de telles chambres est grande et est déjà considérée aujourd'hui comme étant excessive. Pour remédier à cet état de choses, l'invention propose l'adoption de dispositions propres à augmenter le temps de transit des gaz brûlés dans la première enceinte A cet effet, selon l'invention, la première enceinte est disposée dans une configuration dite à contre-courant de la deuxième enceinte. Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées: a) la paroi délimitant la première enceinte est traversée par des orifices d'admission de comburant de dilution; b) la paroi délimitant la deuxième enceinte est au contraire exempte d'orifices autres que lesdits deuxièmes orifices d'admission de comburant primaire; et c) la paroi délimitant la troisième enceinte d'évacuation des gaz brûlés est elle-même traversée par des orifices d'admission de comburant de dilution; l'injection de carburant par le premier dispositif d'injection de carburant a un sens sensiblement opposé à celui de l'injection de carburant par le deuxième dispositif d'injection de carburant et à celui d'évacuation des gaz dans la troisième enceinte d'évacuation des gaz; la deuxième enceinte et la troisième enceinte d'évacuation des gaz ont chacune un axe, les axes de ces deux enceintes étant sensiblement parallèles et dans le prolongement l'un de l'autre; la paroi de la première enceinte comporte une première partie, qui constitue le support du premier dispositif d'injection de carburant, et, une deuxième partie, qui constitue un fond longitudinal de la première enceinte et qui est disposé en regard, mais distant dudit support, cependant que l'orifice par lequel ladite première enceinte communique avec la troisième enceinte d'évacuation des gaz est situé dans une troisième partie de la paroi, qui est sensiblement équidistante desdits support et fond; une partie de la paroi délimitant la première enceinte raccorde cette première enceinte à la troisième enceinte d'évacuation des gaz brûlés et est constituée par une paroi double, dont l'intérieur est en communication avec une source de comburant comprimé permettant l'alimentation en comburant de la chambre de combustion; ladite paroi double débouche dans la troisième enceinte d'évacuation des gaz brûlés, sensiblement tengentiellement à la paroi délimitant ladite troisième enceinte d'évacuation des gaz brûlés; le mélange carburant/comburant susceptible d'être réalisé dans la première enceinte est un mélange riche par rapport au mélange stochiométrique; le mélange carburant/comburant susceptible d'être réalisé dans la deuxième enceinte est un mélange pauvre par rapport au mélange stochiométrique. L'avantage principal des dispositions conformes à l'invention réside, d'une part, dans l'allongement obtenu de la durée du séjour des gaz brûlés dans la première enceinte, dans l'amélioration qui en résulte de la consommation du carburant et dans la réduction des imbrûlés, d'autre part, dans l'amélioration du mélange des gaz brûlés dans les première et deuxième enceintes et dans leur dilution dans un débit important d'air de dilution. L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description d'une réalisation donnée ci-dessous à titre d'exemple. Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés qu'à titre indicatif et non limitatif. Il sera fait référence au dessin annexé, dans lequel la figure unique est une coupe axiale d'une chambre de combustion conforme à l'invention. La chambre de combustion représentée comporte une première enceinte 1 délimitée par une paroi comprenant une première partie constituant le support 2 d'un premier dispositif d'injection de carburant 3 et munie des orifices 4 d'admission de comburant primaire, par une deuxième partie, qui est disposée en regard et distante du support 2 et qui constitue le fond 5 de la première enceinte 1 et par une partie de liaison 6 desdits support 2 et fond 5; une deuxième enceinte 7 délimitée par une paroi 8, dont le fond 8 A constitue le support 9 d'un deuxième dispositif d'injection de carburant 10, muni des orifices correspondants 11 d'admission de comburant primaire, et qui comprend un orifice de communication 12, la paroi 8 rejoignant la paroi 6 dans la zone d'un orifice de communication 13 ménagé dans cette paroi 6; une troisième enceinte 14, qui est délimitée par une paroi interne 15 et par une paroi externe 29, et dans laquelle débouchent la première enceinte 1 par l'orifice de communication 13 et la deuxième enceinte 7 par l'orifice de communication 12; un carter comportant une paroi externe 16 et une paroi interne 17, qui entoure lesdites première, deuxième et troisième enceintes 1, 7, 14 et est muni de deux orifices 18 et 19, l'orifice 18 étant celui d'admission générale amont de comburant comprimé, en l'espèce d'air comprimé provenant d'un compresseur d'air, et l'orifice 19 étant celui traversé par la paroi 15, à proximité de l'orifice 20 de ladite paroi 15 par lequel les gaz brûlés contenus dans la troisième enceinte 14 sont évacués hors de cette troisième enceinte. L'espace 21 compris entre la paroi externe 16 du carter et les parties correspondantes de la paroi 6, du support 2 et du fond 5 peut contenir, comme dans l'exemple représenté, un compresseur supplémentaire 22; à cet effet, une paroi intermédiaire 23, intérieure au carter, sépare l'intérieur de celui-ci en deux volumes distincts: l'espace 21, et un espace 24, délimité par cette paroi intermédiaire 23, la paroi 8 et les parties restantes du fond 5 et de la paroi 6 L'espace 24 est en communication directe avec l'orifice 18 de l'admission générale amont de comburant comprimé. Les dispositions suivantes doivent être notées les sens F 3 et F 10 d'injection de carburant des dispositifs d'injection 3 et 10 sont sensiblement opposés, les première ( 1) et deuxième ( 7) enceintes étant disposées selon la configuration dite "à contre- courant", et débouchant toutes deux en parallèle dans la troisième enceinte 14 par leurs orifices respectifs de communication 13 et 12; une (ou plusieurs) bougie d'allumage 25 est disposée à proximité du dispositif d'injection 3; les distances D 2 et D 5, mesurées parallèlement à l'axe 26 des parois externe 16 et interne 17 du carter, séparant les bords limites de l'orifice de communication 13 du support 2 et du fond 5, respectivement, sont sensiblement égales, de sorte que la bande longitudinale de largeur D 13, dans laquelle est disposé l'orifice de communication 13 est sensiblement équidistante du support 2 et du fond 5; dans la zone de la première enceinte 1 voisine du dispositif d'injection 3, la paroi 6 est traversée par des orifices 27 d'admission de comburant (d'air) de dilution des gaz issus de la combustion du carburant injecté par le dispositif d'injection 3 avec le comburant primaire admis à travers les orifices d'admission 4; de manière analogue, la paroi interne 15 et la paroi externe 29 de la troisième enceinte 14 sont traversées par des orifices 30 d'admission de comburant de dilution de l'ensemble des 2672667 gaz transitant par cette troisième enceinte, c'est-à-dire des gaz provenant de la combustion du carburant injecté par le dispositif d'injection 10 avec le comburant primaire admis à travers les orifices d'admission 11 et des gaz provenant de la première enceinte 1; par contre, la deuxième enceinte 7 ne comporte que les seuls orifices d'admission 11 de comburant primaire, mais ne comporte pas d'orifices d'admission de comburant de dilution; le dispositif d'injection 3 est celui permettant le fonctionnement de la chambre de combustion au régime de ralenti, sous faible charge, et est adapté à la réalisation d'un mélange riche par rapport au mélange stochiométrique; le dispositif d'injection 10 est celui permettant le fonctionnement de la chambre de combustion à plein régime, à pleine charge, et est par contre adapté à la réalisation d'un mélange pauvre par rapport au mélange stochiométrique; l'axe F 14 de la troisième enceinte 14 est sensiblement parallèle, et même confondu avec l'axe F 10 de l'injection de carburant réalisé par le dispositif d'injection 10 (axe F 10, qui constitue sensiblement également l'axe de la deuxième enceinte 7); les parois 6 et 15 des première et troisième enceintes 1 et 14 sont constituées par des viroles assemblées les unes aux autres, munies, dans la zone de raccordement de deux adjacentes d'entre-elles, de séries d'orifices 28 d'admission de films de comburant de réfrigération des parois chaudes 6 et 15; une paroi double 31 A, 31 B réalise le raccordement de la paroi 6 avec la paroi externe 29, la partie 31 A contribuant à délimiter l'orifice 13 de communication et les première ( 1) et troisième ( 14) enceintes, et, la partie 31 B, légèrement distante de la partie 31 A, coopérant à la délimitation de l'espace 21 et à la réalisation d'un passage 34, dans lequel le comburant contenu dans l'espace 21 pénètre à travers de petits orifices 32, et d'o il s'échappe tangentiellement à la paroi externe 29, vers la troisième enceinte 14, à travers des orifices 33, générateurs d'un film de comburant de refroidissement de la partie adjacente de ladite paroi externe 29 de ladite troisième enceinte 14; le fond 8 A de la paroi délimitant la deuxième enceinte 7, conformé en un bol sensiblement tronconique, est fixé sur la paroi 8 proprement dite au moyen d'un voile transversal 8 B, soudé sur ces deux pièces, et muni d'orifices 35 de communication de l'espace 24 avec la deuxième enceinte 7; la troisième enceinte 14 constitue l'enceinte d'évacuation des gaz brûlés dans la première enceinte 1 et, éventuellement, au régime de pleine charge, dans la deuxième enceinte 7. Les deux régimes extrêmes de fonctionnement sont celui du ralenti, avec seulement le premier dispositif d'injection de carburant 3 en service, et celui de la pleine charge o le deuxième dispositif d'injection de carburant 10 est également en service. Les dispositions de l'invention représentée permettent une combustion d'un mélange riche dans la première enceinte 1, peu polluante, et stable en raison de la configuration à contre-courant de l'injection (F 3) dans cette enceinte par rapport au sens F 14 d'évacuation des gaz brûlés hors de l'enceinte 14. Ces dispositions permettent également un fonctionnement peu polluant au régime de pleine charge, lesdits régimes de ralenti et de pleine charge correspondant à des mélanges, l'un riche, l'autre pauvre, tous deux éloignés du mélange stochiométrique le plus polluant De plus, la combustion au fonctionnement de pleine charge est réalisée avec un mélange pauvre très homogène, stable également. Les dispositifs d'admission de comburant primaire 4 et Il peuvent bien entendu être à "géométrie variable", c'est-à-dire être munis de dispositifs de réglage de leur section d'admission du comburant, et donc du débit de celui-ci. Le comburant nécessaire au fonctionnement de la tête "plein gaz" pénètre de façon classique à partir de l'espace 24 tandis qu'une partie de ce comburant nécessaire au fonctionnement de la tête "ralenti" est prélevée dans l'espace 21 de diffusion. Pour alimenter correctement la tête "ralenti", l'étage supplémentaire de compression 22 (radial ou axial) est 7 2672667 éventuellement adopté, selon ce qui est représenté sur le dessin. L'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre, ni de son esprit. REVENDICATIONS 1 Chambre de combustion, notamment pour turbo-machine, comportant: une première enceinte ( 1),munie d'un premier dispositif ( 3) d'injection de carburant pour le fonctionnement à faible puissance et de premiers orifices ( 4) d'admission de comburant primaire; une deuxième enceinte ( 7), distincte de la première enceinte, munie d'un deuxième dispositif ( 10) d'injection de carburant pour le fonctionnement à pleine puissance et de deuxièmes orifices ( 11) d'admission de comburant primaire; et, une troisième enceinte ( 14) d'évacuation des gaz brûlés, distincte desdites première et deuxième enceintes, dans laquelle ces première et deuxième enceintes débouchent en parallèle, caractérisée en ce que la première enceinte ( 1) est disposée dans une configuration dite à contre- courant de la deuxième enceinte ( 7). 2 Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que: a) la paroi ( 2-6-5) délimitant la première enceinte ( 1) est traversée par des orifices ( 27) d'admission de comburant de dilution; b) la paroi ( 8-8 A- 8 B) délimitant la deuxième enceinte ( 7) est au contraire exempte d'orifices autres que lesdits deuxième orifices ( 11) d'admission de comburant primaire; et, c)la paroi ( 15-29) délimitant la troisième enceinte ( 14) d'évacuation des gaz brûlés est elle-même traversée par des orifices ( 30) d'admission de comburant de dilution. 3 Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendication 1 et 2, caractérisée en ce que l'injection de carburant par le premier dispositif ( 3) d'injection de carburant a un sens (F 3) sensiblement opposé à celui (F 10) de l'injection de carburant par le deuxième orifice ( 10) d'injection de carburant et à celui (F 14) d'évacuation des gaz dans la troisième enceinte ( 14) d'évacuation des gaz. 4 Chambre de combustion selon la revendication 3, caractérisée en ce que la deuxième enceinte ( 7) et la troisième enceinte ( 14) d'évacuation des gaz ont chacune un axe, les axes (F 10, F 14) de ces deux enceintes étant sensiblement parallèles et dans le prolongement l'un de l'autre. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la paroi de la première enceinte comporte une première partie ( 2), qui constitue le support du premier dispositif ( 3) d'injection de carburant, et, une deuxième partie ( 5), qui constitue un fond longitudinal de la première enceinte et qui est disposé en regard, mais distant dudit support, cependant que l'orifice ( 13) par lequel ladite première enceinte ( 1) communique avec la troisième enceinte ( 14) d'évacuation des gaz est situé dans une troisième partie ( 6) de la paroi, qui est sensiblement équidistante (D 5, D 2) desdits support ( 2) et fond ( 5). 6 Chambre de combustion selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'une partie ( 31 A 31 B) de la paroi délimitant la première enceinte ( 1) raccorde cette première enceinte à la troisième enceinte ( 14) d'évacuation des gaz brûlés et est constituée par une paroi double, dont l'intérieur ( 318) est en communication avec une source ( 21) de comburant comprimé permettant l'alimentation en comburant de la chambre de combustion. 7 Chambre de combustion selon la revendication 6, caractérisée en ce que ladite paroi double débouche ( 33) dans la troisième enceinte ( 14) d'évacuation des gaz brûlés, sensiblement tangentiellement à la paroi ( 29) délimitant ladite troisième enceinte d'évacuation des gaz brûlés. 8 Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le mélange carburant/comburant susceptible d'être réalisé dans la première enceinte ( 1) est un mélange riche par rapport au mélange stochiométrique. 2672667 9 Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le mélange carburant/comburant susceptible d'être réalisé dans la deuxième enceinte ( 7) est un mélange pauvre par rapport au mélange stochiométrique.