Brevet FR2695460A1 — publié le 19940311

Chambre de combustion de turbomachine à plusieurs injecteurs. La présente invention concerne le domaine des turbomachines et notamment des turboréacteurs d'aviation. Les turboréacteurs d'aviation peuvent être soumis à des régimes variés, notamment le régime de ralenti, le régime de décollage et le régime de croisière D'autre part, il est demandé à ces turboréacteurs d'émettre peu de gaz polluants et notamment peu d'oxydes d'azote, quel que soit leur régime, tout en conservant une stabilité de la flamme afin d'éviter une extinction de la chambre de combustion dans les phases critiques de vol, notamment en descente pendant la phase d'atterrissage. Il est connu que la production des oxydes d'azote est notablement élevée, à haute température, lorsque l'air forme un mélange stoechiométrique avec le carburant et que cette production d'oxydes d'azote est d'autant plus importante que le mélange stoechiométrique réside longtemps dans la chambre de combustion Ces conditions sont réunies à plein régime dans les turboréacteurs traditionnels du fait que la chambre de combustion a un volume notablement élevé afin de garantir des performances de stabilité de combustion de rallumage à bas régime. Il a déjà été proposé d'équiper la chambre de combustion d'un turboréacteur avec des têtes de ralenti et des têtes de décollage décalées axialement et radialement et débouchant dans une zone commune Si ce type de chambre donne satisfaction du point de vue de la réduction de la pollution, il comporte cependant quelques inconvénients, comme par exemple son dimensionnement radial lié à la superposition des têtes de ralenti et des têtes de décollage, et le nombre important d'injecteurs ce qui augmente le coût et la masse. Un autre inconvénient apparaît au niveau de la carte des températures en sortie de chambre lorsque seule la tête de ralenti fonctionne. En effet, la turbine à haute pression peut alors être soumise à des températures avoisinant les 1 800 K en têtes d'aubes alors que les pieds ne sont qu'à 900 K environ Ceci provoque des pertes de rendement de la turbine. L'invention a pour but de proposer une chambre de combustion dans laquelle le fond de chambre a une configuration particulière, afin de remédier aux inconvénients précités en supprimant ou en réduisant l'écart radial des températures, tout en diminuant le dimensionnement radial de la chambre et la production des oxydes d'azote quel que soit le régime de la turbomachine. L'invention a donc pour objet une chambre de combustion annulaire 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) suivant une vue du fond de chambre depuis l'intérieur de la chambre de combustion, parallèlement à ladite direction d'écoulement, le fond de chambre présente des cavités délimitées par des dômes tubulaires qui s'étendent à partir dudit fond de chambre dans la direction opposée à ladite direction d'écoulement, b) les injecteurs de carburant sont répartis en un premier groupe d'injecteurs, dits "injecteurs pilotes", fournissant chacun du carburant à une tête de ralenti, et en un deuxième groupe d'injecteurs dits "injecteurs plein gaz" fournissant chacun du carburant à une tête de décollage, c) chaque dôme tubulaire est équipé d'un injecteur pilote disposé au fond de la cavité délimitée par ledit dôme, d) les injecteurs plein gaz alternent circonférentiellement avec lesdits injecteurs pilote suivant une vue du fond de chambre depuis l'intérieur de la chambre de combustion, parallèlement à ladite direction d'écoulement. Grâce à cette structure la chambre de combustion est constituée de têtes de ralenti et de têtes de décollage disposées circonférentiellement, de façon alternée, et décalées longitudinalement par rapport au plan de sortie des gaz de la chambre Ceci permet de diminuer le dimensionnement radial de la chambre et d'assurer une carte de température homogène à la sortie de la chambre. La tête de ralenti est caractérisée par un volume important compatible à l'obtention d'un temps de séjour élevé afin de garantir les performances de stabilité, de rallumage et de rendement au régime ralenti ainsi qu'un niveau de pollution acceptable. La tête de décollage est caractérisée par un volume réduit afin de limiter le temps de séjour du mélange air-carburant et par là même la production des oxydes d'azote. Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées les dômes tubulaires sont reliés entre eux par des tubes d'intercommunication afin d'assurer la propagation de la flamme lors de l'allumage; chaque dôme tubulaire est coiffé en amont par une casquette tubulaire ou circulaire. 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 vue en perspective, avec arrachement partiel, d'une chambre de combustion selon l'invention; la figure 2 est une représentation schématique selon une vue frontale de la chambre de combustion de la figure 1; la figure 3 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 1, de la tête de ralenti; la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1 d'un premier mode de réalisation de la tête de décollage; la figure 5 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 1 d'un deuxième mode de réalisation de la tête de décollage. La chambre de combustion de turbine à gaz représentée sur les dessins est du type annulaire Elle est délimitée par une paroi annulaire externe 1, une paroi annulaire interne 2 et un fond transversal 3 réunissant lesdites parois 1 et 2 Les parois 1 et 2 définissent à leurs extrémités aval un passage 4 pour l'évacuation des gaz dont la direction d'écoulement des gaz est généralement axiale. Selon l'invention, le fond transversal 3 est équipé d'une pluralité de dômes tubulaires 5 régulièrement répartis circonférentiellement qui s'étendent à partir du fond 3 dans la direction opposée à la direction générale d'écoulement des gaz Ces dômes 5 délimitent des cavités 6 dans le fond de chambre 3 si l'on regarde ce dernier, depuis l'intérieur de la chambre de combustion 7, dans une direction parallèle à la direction générale d'écoulement des gaz. Des casquettes annulaires 8 coiffent les faces amont des dômes tubulaires 5 afin de définir des premières chambres de stabilisation 9 qui reçoivent de l'air primaire d'un diffuseur 20 Le fond 3 est également équipé, à la lisière des parois 1 et 2, de plaques 10 et 11 qui s'étendent vers l'amont entre deux dômes adjacents et dans le prolongement des parois 1 et 2 afin de définir en amont du fond 3 des deuxièmes chambres de stabilisation 12 qui reçoivent de l'air primaire du diffuseur 20 mentionné ci-dessus. La chambre de combustion 7 est équipée d'une pluralité d'injecteurs de carburant 13, qui sont répartis en deux groupes d'injecteurs Les injecteurs 13 du premier groupe, dits "injecteurs pilote", sont disposés dans des trous 14 prévus dans les faces amont des dômes 5 et ils sont destinés à alimenter en carburant des têtes de ralenti 15 Chaque dôme 5 est ainsi équipé d'une tête de ralenti 15 qui est disposée au fond de la cavité 6 si on regarde celle-ci depuis l'intérieur de la chambre de combustion 7 dans une direction parallèle à la direction générale d'écoulement des gaz. Des tubes d'intercommunication 16 relient les cavités 6 afin de permettre une bonne propagation de la flamme lors de l'allumage de la chambre de combustion. Les injecteurs 13 du deuxième groupe, dits "injecteurs plein gaz" sont disposés circonférentiellement et en alternance avec les injecteurs pilote si on regarde le fond de chambre 3 depuis l'intérieur de la chambre de combustion 7 parallèlement à la direction générale d'écoulement des gaz. Ces injecteurs plein gaz sont destinés à alimenter des têtes de décollage 17. Selon un premier mode de réalisation représenté sur la figure 4, les injecteurs plein gaz sont disposés dans des trous 18 ménagés dans le fond 3 entre les dômes 5 Les injecteurs 13 des têtes de décollage 17 sont alors situés en aval des injecteurs 13 des têtes de ralenti 15. Selon un deuxième mode de réalisation représentée sur la figure 5, les têtes de décollage 17 comportent chacune un module de prémélange tubulaire 21 disposé entre deux dômes 5 dans la deuxième chambre de stabilisation 12 et entourant une grille de stabilisation 22 prévue dans le fond de chambre 3 Dans ce cas, l'injecteur plein gaz peut être un injecteur de type crayon. La chambre de combustion 7 de la présente invention comporte ainsi deux types de tête disposées circonférentiellement, de façon alternée, et décalés longitudinalement par rapport au plan de sortie 4 de la chambre. Les têtes de ralenti 15 assurent les performances durant le fonctionnement au ralenti. Les têtes de décollage 17 permettent d'obtenir de bonnes performances à pleine charge Chaque ensemble de têtes est constitué d'un nombre de têtes déterminé afin d'obtenir une richesse locale adaptée aux régimes et aux performances souhaitées Il est possible d'adopter une ou plusieurs têtes de décollage pour une tête de ralenti. Afin de permettre d'obtenir un meilleur contrôle de l'évolution de la richesse locale, chaque tête peut éventuellement recevoir un dispositif de modulation du débit d'air qui est connu en soi et qui ne sera pas davantage décrit dans la présente description. La répartition du carburant entre les types de tête sera fonction des régimes de vol et de la répartition de l'air En tout état de cause, les têtes de ralenti seront allumées dans l'ensemble du domaine de vol, et les têtes de décollage seront en fonctionnement en régime de croisière. REVENDICATIONS 1 Chambre de combustion annulaire comportant des parois axiales ( 1, 2) réunies par un fond de chambre ( 3) et plusieurs injecteurs de carburant ( 13) disposés dans des trous traversant le fond de chambre ( 3), ladite chambre de combustion ( 7) possédant une direction générale d'écoulement des gaz, caractérisée en ce que a) suivant une vue du fond de chambre ( 3) depuis l'intérieur de la chambre de combustion ( 7), parallèlement à ladite direction d'écoulement, le fond de chambre ( 3) présente des cavités ( 16) délimitées par des domes tubulaires qui s'étendent à partir dudit fond de chambre ( 13) dans la direction opposée à ladite direction d'écoulement, b) les injecteurs de carburant ( 13) sont répartis en un premier groupe d'injecteurs, dits injecteurs pilotes, fournissant chacun du carburant à une tête de ralenti ( 15), et en un deuxième groupe d'injecteurs dits injecteurs plein gaz fournissant chacun du carburant à une tête de décollage ( 17), c) chaque dôme tubulaire ( 15) est équipé d'un injecteur pilote ( 13) disposé au fond de la cavité ( 16) délimitée par ledit dôme ( 5), d) les injecteurs plein gaz alternent circonférentiellement avec lesdits injecteurs pilote suivant une vue du fond de chambre ( 13) depuis l'intérieur de la chambre de combustion ( 7) parallèlement à ladite direction d'écoulement. 2 Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que les dômes tubulaires ( 5) sont reliés entre eux par des tubes d'intercommunication ( 16) afin d'assurer la propagation de la flamme lors de l'allumage. 3 Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque dôme tubulaire ( 15) est coiffée par une casquette annulaire ( 8). 4 Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les injecteurs ( 13) plein gaz sont disposés dans le plan du fond de chambre ( 3). Chambre de combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que têtes de décollage ( 17) comportent des modules de prémélange tubulaire ( 21) disposés entre les dômes tubulaires ( 5) et des grilles ( 22) stabilisatrices de flamme disposées dans le fond de chambre ( 3).