Brevet FR2694624A1 — publié le 19940211

On connaît des chambres de combustion de turbomachines, comportant deux injecteurs de carburant, ou deux groupes d'injecteurs de carburant adaptés les uns à un premier mode de fonctionnement, les autres à un deuxième mode de fonctionnement différent du premier mode. Il s'agit notamment des chambres de combustion ayant des injecteurs superposés de carburant, l'un,dénommé injecteur pilote, adapté au régime de ralenti, l'autre, dénommé en aviation injecteur de décollage, adapté aux régimes de pleines charges, décollages ou croisières. Ces matériels présentent des inconvénients, en particulier le suivant: souvent l'injecteur pilote est placé radialement vers l'extérieur par rapport à l'injecteur de décollage, et, lorsqu'il est seul à fonctionner, les températures en sortie de chambre de combustion varient de 900 K à 1800 K entre la partie interne et la partie externe de la section de sortie de la chambre de combustion, ou encore, entre le pied et la tête d'une aube de turbine à gaz placée à la sortie de la chambre de combustion Cette variation de température provoque des pertes de rendement de la turbine à gaz. L'invention a pour but de proposer une disposition particulière des injecteurs de carburant, qui remédie aux inconvénients précités en supprimant ou au moins en réduisant l'écart radial des températures. L'invention a donc pour objet une chambre de combustion comportant des parois axiales réunies par un fond de chambre et plusieurs injecteurs de carburant disposés dans des trous traversant le fond de chambre, ladite chambre de combustion possédant une direction générale d'écoulement des gaz. Selon l'invention, les caractéristiques suivantes sont adoptées: A) les injecteurs de carburant sont répartis en au moins deux groupes de deux types distincts, les injecteurs de carburant d'un premier groupe étant adaptés à un premier mode de fonctionnement, tels que les injecteurs pilotes adaptés au régime du ralenti, et, les injecteurs de carburant d'un deuxième groupe étant adaptés à un deuxième régime de fonctionnement, distinct du premier, tels que les injecteurs de carburant de décollage adaptés au régime de pleine charge; B) suivant une vue du fond de chambre depuis l'intérieur de la chambre de combustion, parallèlement à ladite direction d'écoulement, les injecteurs de carburant de chacun des deux dits groupes sont localement disposés sensiblement en quinconce; et, C) les injecteurs de carburant des deux dits groupes sont intercalés les uns entre les autres, de 2 2694624 manière qu'un injecteur de carburant d'un des deux groupes soit disposé, d'une part au-dessus ou en dessous d'un injecteur de carburant dudit autre groupe. Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées: une pluralité de parois sensiblement cylindriques s'étendent à l'intérieur de la chambre de combustion, à partir du fond de chambre, afin d'isoler initialement le jet de carburant projeté par chaque injecteur de carburant appartenant à l'un des groupes d'injecteurs de carburant des jets de carburant projetés par les autres injecteurs de carburant; chaque paroi cylindrique s'étend radialement jusqu'à l'une desdites parois axiales, à laquelle elle est fixée; les injecteurs de carburant sont disposés sur deux surfaces sensiblement parallèles, cependant que chaque paroi cylindrique s'étend radialement vers l'intérieur de la chambre de combustion sensiblement jusqu'à une surface intermédiaire équidistante des deux dites surfaces sensiblement parallèles; les injecteurs de carburant d'un seul des deux dits groupes sont associés aux dites parois cylindriques, les injecteurs de carburant de l'autre groupe débouchant dans la chambre de combustion à l'extérieur des espaces délimités par lesdites parois cylindriques; lesdites parois cylindriques sont séparées les unes des autres; chaque injecteur de carburant dudit autre groupe est associé à une vrille d'admission de comburant dans la chambre de combustion adaptée à la formation d'un jet de comburant tourbillonnant dans un sens de rotation déterminé, cependant que chacune desdites parois cylindriques est munie d'une pluralité de trous de passage de gaz, notamment de comburant, de l'intérieur vers l'extérieur de l'espace délimité par ladite paroi cylindrique, lesdits trous de passage de gaz ayant des orientations compatibles avec celles des jets de comburant admis dans la chambre de combustion à travers lesdites vrilles. L'avantage principal de l'invention réside dans la suppression de l'excessif gradient de températures antérieurement constaté entre le pied et la tête d'une aube de turbine, et, notamment, dans l'amélioration importante du rendement. 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 aux dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est une coupe axiale, suivant I-I de la figure 3, d'une chambre de combustion conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe suivant 11- II de la figure 3, de la même chambre de combustion; et, la figure 3 est une section suivant m II-m II de la figure 1. La chambre de combustion de turbine à gaz représentée sur les dessins est de type annulaire, délimitée par une paroi annulaire externe 1, une paroi annulaire interne 2, un fond transversal 3 réunissant lesdites parois 1 et 2 Le fond 3 est percé de plusieurs orifices 4 à l'intérieur de chacun desquels est placé un injecteur de carburant de l'un des types 5 et 6 adaptés, les injecteurs de carburant du type 5, dits injecteurs pilote, au fonctionnement au régime du ralenti, et, les injecteurs de carburant du type 6, dits injecteurs de décollage, au fonctionnement à pleine charge, correspondant par exemple au décollage d'un avion ou à son déplacement de croisière. Chaque orifice 4 est associé à un dispositif d'admission de comburant dans la chambre de combustion 7, comprenant, notamment, des couronnes 8, dénommées également vrilles d'admission possédant, de manière connue, la propriété d'entraîner le comburant admis autour des injecteurs de carburant 5 et 6 sous forme de tourbillons schématisés par les flèches 9 et 10, respectivement, de leur rotation initiale à l'intérieur de la chambre de combustion 7. Chaque injecteur de carburant 5, 6 émet, à l'intérieur de la chambre de combustion 7, un jet de carburant 11, 12, initialement sensiblement conique. Des parois 13, 14, de formes sensiblement cylindriques, sont fixées par soudage par leurs lisières axiales 15, 16 sur les parois annulaires 1, 2, et, par l'une de leurs lisières transversales 17 sur le fond 3 de la chambre de combustion, respectivement Les génératrices de ces parois 13, 14 s'étendent sensiblement parallèlement à une direction générale 18 d'écoulement des gaz à l'intérieur de la chambre de combustion La longueur moyenne L 13, L 14 d'une paroi cylindrique 13, 14 est très inférieure à la profondeur P 7 de la chambre de combustion 7 Par exemple, les rapports suivants peuvent être adoptés: L 13 = L 14, compris entre 0,15 P 7 et 0,30 P 7 Ces longueurs L 13, L 14 sont choisies de manière à isoler initialement les jets de carburant 9, des jets de carburant 10, lesdites parois 13, 14 entourant chacune un orifice de sortie 4 contenant un injecteur de carburant 6. Des parois 29, 30 également cylindriques, sont disposées à proximité des parois 13, 14, sensiblement parallèlement aux parois 13, 14, à l'intérieur des espaces définis par ces parois 13, 14 et les parois annulaires 1, 2, respectivement, et définissent avec les parois 13, 14 des espaces 33, 34 communiquant avec l'espace situé en amont du fond 3 Les parois 29, 30 ont leurs lisières 36, 37 fixées par soudage sur les parois annulaires 1, 2 et sont munies de trous 31, 32 communiquant avec les espaces intérieurs 21, 22 délimités par chaque paroi 29, 30 et les parois annulaires 1, 2, respectivement Les longueurs des parois 29, 30 sont sensiblement égales à celles des parois 13, 14 Les injecteurs de carburant 6 débouchent dans lesdits espaces 21, 22. Les parois cylindriques 13, 14 sont traversées par des pluralités de trous 19, servant au refroidissement de ces parois, dont les orientations sont obliques par rapport aux perpendiculaires à chaque paroi cylindrique, passant par chaque trou, et qui sont choisies de manière que l'air de refroidissement qui traverse lesdits trous 19, 20, s'écoule en des flux parallèles à ceux des tourbillons 9 de comburant associés aux injecteurs de carburant 5, et, ainsi, ne contrarie pas l'action des tourbillons 9 A noter que les injecteurs de carburant 5 débouchent directement dans la chambre de combustion 7. Par ailleurs, il doit être observé que: les injecteurs de carburant 5 sont disposés sur deux surfaces cylindriques 23, 24 coaxiales, entre elles, et, par rapport aux parois annulaires 1 et 2, et sont en outre placés en quinconce les uns par rapport aux autres; les injecteurs de carburant 6 sont disposés sur les mêmes surfaces cylindriques 23, 24, sensiblement, et, sont également placés en quinconce les uns par rapport aux autres; les injecteurs de carburant 6 sont intercalés entre les injecteurs de carburant 5 de manière à être regroupés par deux, un injecteur de carburant 5 et un injecteur de carburant 6 -, radialement alignés (lignes R), et, d'un groupe de deux injecteurs de carburant au suivant, que l'injecteur de carburant 5 soit placé à l'extérieur dans un groupe, puis à l'intérieur dans le groupe suivant par rapport à l'injecteur de carburant 6 du groupe considéré et à l'axe de la chambre de combustion 7, et ainsi de suite De plus, un injecteur de carburant 5 est disposé sur la surface 23, ou, sur la surface 24, entre deux injecteurs de carburant 6, et vice versa. La surface cylindrique 25 étant une surface équidistante des surfaces 23 et 24, il est noté que les sommets 26, 27 des parois cylindriques 13, 14, respectivement, sont placés sensiblement sur cette surface 25, lesdites parois cylindriques 13, 14 étant tangentes à la surface cylindrique 25 à leurs sommets 26, 27. Lorsqu'un seul type d'injecteurs de carburant fonctionne, seulement les injecteurs de carburant 5 ou seulement les injecteurs de carburant 6, la disposition en quinconce de ces injecteurs a pour conséquence la formation de flux de gaz à température élevée qui se succèdent angulairement autour de la chambre annulaire de combustion 7, en étant l'un proche du centre, le suivant éloigné du centre, et ainsi de suite Ces flux alternativement proches et éloignés du centre se mélangent bien entendu à l'intérieur de la chambre de combustion 7 pour parvenir à l'ouverture de sortie 28 sous la forme d'un flux global ayant une température moyenne peu variable radialement, en tous cas variant considérablement moins radialement que si ceux des injecteurs de carburant qui fonctionnent avaient été placés tous sur la surface 23 ou tous sur la surface 24. Bien entendu, le fonctionnement simultané des injecteurs 5 et 6 ne modifie pas cette tendance, améliorant au contraire la constance de la température des gaz, radialement, qui traversent l'ouverture de sortie 28. L'invention n'est pas limitée à la réalisation représentée, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient lui être apportées sans sortir de son cadre, ni de son esprit. Elle est notamment également applicable aux chambres de combustion non annulaires qui seraient pourvues de plusieurs injecteurs de carburant, d'au moins deux types distincts, dès lors que ces injecteurs seraient disposés en quinconce comme précédemment décrit. Il y a également lieu de remarquer que la succession des parois cylindriques distinctes 13, 14 associées chacune à un seul injecteur permet le renforcement de l'effet tourbillonnant des flux 9 issus des vrilles 8 par les flux ayant traversé les orifices 19 et 20. REVENDICATIONS 1 Chambre de combustion comportant des parois axiales ( 1, 2) réunies par un fond ( 3) de chambre et plusieurs injecteurs de carburant ( 5, 6) disposés dans des trous ( 4) traversant le fond de chambre, ladite chambre de combustion possédant une direction générale ( 18) d'écoulement des gaz, caractérisée en ce que: A) les injecteurs de carburant sont répartis en au moins deux groupes de deux types distincts ( 5, 6), les injecteurs de carburant ( 5) d'un premier groupe étant adaptés à un premier mode de fonctionnement, tels que les injecteurs pilote adaptés au régime du ralenti, et, les injecteurs de carburant ( 6) d'un deuxième groupe étant adaptés à un deuxième régime de fonctionnement, distinct du premier, tels que les injecteurs de carburant de décollage adaptés au régime de pleine charge; B) suivant une vue du fond de chambre depuis l'intérieur de la chambre de combustion, parallèlement à ladite direction d'écoulement, les injecteurs de carburant ( 5, 6) de chacun des deux dits groupes sont localement disposés sensiblement en quinconce; et, C) les injecteurs de carburant des deux dits groupes sont intercalés les uns entre les autres, de manière qu'un injecteur de carburant ( 5) d'un des deux groupes soit disposé, d'une part au-dessus ou en-dessous d'un injecteur de carburant ( 6) de l'autre groupe, d'autre part, à côté d'au moins un injecteur de carburant ( 6) dudit autre groupe. 2 Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'en outre une pluralité de parois ( 13-29, 14-30) sensiblement cylindriques s'étendent à l'intérieur de la chambre de combustion, à partir du fond de chambre, afin d'isoler initialement le jet de carburant ( 11) projeté par chaque injecteur de carburant ( 5) appartenant à l'un des groupes d'injecteurs de carburant des jets de carburant ( 12) projeté par les autres injecteurs de carburant ( 6). 3 Chambre de combustion selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque paroi cylindrique ( 13-29, 14-30) s'étend radialement jusqu'à l'une ( 1, 2) desdites parois axiales, à laquelle elle est fixée. 4 Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que les injecteurs de carburant ( 5, 6) sont disposés sur deux surfaces sensiblement parallèles ( 23, 24), cependant que chaque paroi cylindrique ( 13, 14) s'étend radialement vers l'intérieur de la chambre de combustion sensiblement jusqu'à une surface intermédiaire ( 25) équidistante des deux dites surfaces ( 23, 24) sensiblement parallèles. Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que les injecteurs de carburant ( 6) d'un seul des deux dits groupes sont associés aux dites parois cylindriques ( 29, 30), les injecteurs de carburant ( 5) de l'autre groupe débouchant dans la chambre de combustion ( 7) à l'extérieur des espaces ( 21, 22) délimités par lesdites parois cylindriques ( 29, 30). 6 Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que lesdites parois cylindriques ( 13-29, 14-30) sont séparées les unes des autres. 7 Chambre de combustion selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque injecteur de carburant ( 5) dudit autre groupe est associé à une vrille ( 8) d'admission de comburant dans la chambre de combustion adaptée à la formation d'un jet ( 11) de comburant tourbillonnant ( 9) dans un sens de rotation déterminé, cependant que chacune desdites parois cylindriques ( 13, 14) est munie d'une pluralité de trous ( 19, 20) de passage d'air, lesdits trous de passage d'air ayant des orientations compatibles avec celles ( 9) des jets de comburant ( 11) admis dans la chambre de combustion ( 7) à travers lesdites vrilles ( 8).