Brevet FR2689567A1 — publié le 19931008

INJECTEUR DE CARBURANT POUR CHAMBRE DE POST-COMBUSTION D'UNE TURBOMACHINE La présente invention concerne un injecteur de carburant pour chambre de post-combustion d'une turbomachine d'aviation, susceptible d'être alimenté par une source de carburant. Dans une turbomachine comportant une chambre de post-combustion disposée en aval d'un générateur de gaz et destinée à fournir une poussée supplé- mentaire lorsque cela est demandé, on utilise des injecteurs pour injecter du carburant dans les gaz chauds produits par le générateur de gaz. Pendant le fonctionnement au régime de post-combustion, le carburant injecté passe par l'injecteur et refroidit ce dernier En cas de fonctionnement sans post-combustion, l'injecteur est soumis aux températures élevées des gaz chauds, en l'absence d'un dispositif de refroidissement, ce qui peut entramer des problèmes de cokéfaction et des chocs thermiques importants, lors du passage ultérieur en régime de post-combustion. L'état de la technique est illustré notamment par le document FR A 2628791 Ce document concerne une barre de dispersion refroidie par air et comprenant plusieurs tubes de carburant formés dans un même corps L'air est prélevé dans le flux secondaire et refroidit par impact les tubes de carburant Le circuits de refroidissement comporte une multitude d'orifices de décharge disposés en regard des tubes et des moyens pour canaliser le fluide de refroidissement déchargé autour des tubes, ce qui permet à l'air de refroidir toute la longueur des tubes de carburant Cette disposition nécessite un usinage délicat des pièces notamment pour que l'espace entre les tubes et les moyens de canalisation du fluide de refroidissement soit uniforme sur toute la longueur refroidie. Le but de la présente invention est de pallier ces inconvénients. La présente invention concerne donc un injecteur de carburant pour chambre de post-combustion d'une turbomachine, ledit injecteur étant susceptible d'être alimenté par une source de carburant, caractérisé en ce qu'il comporte: une base ayant un collecteur pour recevoir du carburant de la source de carburant, un tube de carburant s'étendant à partir de ladite base et ayant une première extrémité fixée à ladite base, une deuxième extrémité éloignée de ladite base, un passage de carburant communiquant avec ledit collecteur, et une pluralité d'orifices de décharge de carburant disposés en alignement le long d'une génératrice dudit tube, une enceinte tubulaire ayant une cavité interne dont la section transversale est supérieure à la section transversale dudit tube, une première extrémité munie d'une collerette de fixation sur laquelle la base est fixée de telle manière qu'une partie au moins dudit tube s'étend dans ladite cavité au voisinage d'une portion de paroi longitudinale interne de ladite enceinte, une deuxième extrémité éloignée de ladite collerette et dans laquelle est ménagé un passage pour ledit tube, afin que ce dernier puisse se dilater librement, une fente ménagée du côté de ladite portion de paroi longitudinale interne et dans laquelle débouchent les orifices de décharge de carburant dudit tube, au moins une prise d'air de refroidissement ménagée dans la paroi de ladite enceinte afin d'introduire de l'air de refroidissement dans ladite cavité, et une pluralité d'orifices de décharge d'air disposés de part et d'autre de ladite fente. Grâce à cette disposition le tube et l'enceinte sont facilement interchangeables De plus le tube et l'enceinte peuvent se dilater librement dans le sens de leur longueur Le tube est relié à l'enceinte par l'intermédiaire de la base et de la collerette D'autre part, le tube est maintenu au voisinage de sa deuxième extrémité dans le passage ménagé dans la deuxième extrémité de l'enceinte ce qui assure un positionnement rigoureux du tube par rapport à l'enceinte. Avantageusement les prises d'air de refroidissement sont prévues au voisinage de la collerette Les orifices de décharge d'air sont formés sur les bords de la fente D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue schématique d'une turbomachine comprenant une chambre de post-combustion équipée des injecteurs de la présente invention, la figure 2 est une vue latérale, en partie en coupe, d'un injecteur selon un m de de réalisation de la présente invention, la figure 3 est une vue partielle et de l'arrière de l'injecteur de la figure 2, cette vue étant prise dans le sens de la flèche HI de la figure 2, la figure 4 est une coupe de l'injecteur selon la ligne IV-W de la figure 2, la figure 5 est une coupe de l'injecteur selon la ligne V-V de la figure 2, et la figure 6 est une coupe de l'injecteur selon la ligne VI-VI de la figure 2. Sur la figure 1, on a représenté, sous forme schématique, une turbomachine d'axe 11 comportant un générateur classique de gaz 12 constitué d'un compresseur 14, d'une chambre de combustion 16 et d'une turbine à haute pression 18 entraînant le compresseur 14 La turbomachine 10 comprend en outre une soufflante classique 20 disposée en amont du compresseur 14, et une entrée d'air ambiant 22 La soufflante 20 est reliée en rotation à une turbine à basse pression 24 disposée en aval de la turbine à haute pression 18 Le générateur à gaz 12 est monté à l'intérieur d'une enveloppe annulaire qui est disposée à l'intérieur d'une enveloppe extérieure 28, l'enveloppe intérieure 26 et l'enveloppe extérieure 28 définissant entre elles une conduite de dérivation 30 destinée à recevoir une partie de l'air 32 a, dit air secondaire, provenant de la soufflante 20, le reste de l'air 32 b étant canalisé pour entrer dans le compresseur 14. En aval du générateur de gaz 12, il est prévu une chambre de postcombustion 34 qui comporte une garniture annulaire de refroidissement 36 située à l'intérieur de l'enveloppe extérieure 28 de la turbomachine 10 et délimitant avec cette dernière un passage annulaire d'air de refroidissement 38 La garniture 36 définit ainsi une zone de combustion 40 A l'extrémité aval de l'enveloppe extérieure 28, il est prévu une tuyère d'échappement classique 42. Dans la chambre de combustion 34, il est prévu une multitude d'injecteurs de carburant 44, orientés radialement et espacés circonférentiellement les uns des autres Les injecteurs de carburant 44 sont fixés sur l'enveloppe extérieure 28 à une extrémité amont de la garniture 36 et sont reliés à une source de carburant non représentée Ils fournissent le carburant dans la chambre de post-combustion 34 en amont d'une pluralité de brûleurs ou stabilisateurs 46, afin de produire à la demande une plus grande poussée de sortie Entre le générateur de gaz 12 et la chambre 34 se trouve un mélangeur lobé classique 48 qui s'étend en aval de l'extrémité aval de l'enveloppe intérieure 26. En fonctionnement, l'air 32 entre par l'orifice d'admission 22 Une partie 32 a de cet air contourne le générateur de gaz 12 en passant par la conduite de dérivation 30, et une seconde partie 32 b entre dans le compresseur 14 o elle est coinprimée, puis dans la chambre de combustion 16 o elle est mélangée avec du carburant Les gaz de combustion 50, produits dans la chambre de combustion 16 et qui sont relativement chauds et à haute pression, traversent la turbine à haute pression 18, laquelle entraîne le compresseur 14, puis traversent la turbine à basse pression 24, laquelle tourne et entraîne la soufflante 20 Les gaz 50 refoulés par le générateur de gaz 12 sont canalisés au droit des injecteurs 44 et mélangés avec une partie de l'air secondaire 32 a grâce au mélangeur lobé 48 dans la chambre de post- combustion 34 Lorsqu'on désire augmenter la poussée du moteur 10, du carburant est déchargé par les injecteurs 44 pour être mélangé aux gaz 50 et à l'air 32 a prélevé et pour être brûlé en aval des brûleurs 46 dans la zone de combustion La partie de l'air 32 a non prélevée par le mélangeur 48 est canalisée dans le passage annulaire 38 pour assurer le refroidissement de la garniture 36 et est déchargée à l'extrémité aval de la garniture 36 le long de la surface intérieure de la tuyère d'échappement 42. Sur les figures 2 à 6, on a représenté l'injecteur 44 selon un mode de réalisation préféré de la présente invention L'injecteur 44 comporte essentiellement un tube de carburant 52 disposé dans la cavité interne 53 d'une enceinte tubulaire 54 destinée à protéger le tube 52 contre les températures chaudes des gaz de combustion 50 issus du générateur de gaz 12 et à assurer le refroidissement du tube 52 par prélèvement d'un air de refroidissement 55 dans la conduite de dérivation 30. L'enceinte 54 comporte à sa première extrémité 56 une collerette de fixation 57 montée sur l'enveloppe externe 28 et fixée à celle-ci par des moyens classiques non représentés, par exemple des boulons La cavité interne 53 débouche sur la première extrémité 56 par une ouverture 58 qui permet l'introduction du tube 52 dans la cavité interne 53 La première extrémité 59 de ce tube 52 est fixée à une base 60 comportant un collecteur 61 pour recevoir du carburant fourni par une source de carburant La base 60 est elle-même fixée à la collerette de fixation 57 et obture l'ouverture 58 de l'enceinte 54 De préférence, la base 60 et la collerette 57 comportent en correspondance des alésages 62 a, 62 b permettant leur fixation simultanée sur l'enveloppe externe 28 à l'aide de moyens de fixation communs. La section transversale de la cavité interne 53 est nettement supérieure à la section transversale du tube de carburant 52, de manière à ménager dans la cavité interne 53 un conduit de circulation 63 pour l'air de refroidissement 55. Le tube de carburant 52 est disposé au voisinage de la portion de paroi longitudinale intérieure 64 de ladite enceinte 54, qui est située du côté aval de l'ei;ceinte 54 par rapport au sens de circulation des gaz de combustion 50 Le tube de carburant 52 est légèrement plus long que l'enceinte 54 Sa deuxième extrémité éloignée de la base 60, est située à l'extérieure de l'enceinte 54 au voisinage de la deuxième extrémité 66 de l'enceinte 54 Dans cette deuxième extrémité 66 de l'enceinte 54 est ménagé un passage 67 pour le tube de carburant 52 afin que ce dernier puisse se dilater ou se contracter librement par rapport à l'enceinte 54. Le tube de carburant 52 comporte un passage de carburant 68 communiquant avec le collecteur 61 de la base 60 et une pluralité d'orifices de décharge de carburant 69 disposés en alignement sur la génératrice située sur le côté aval dudit tube 52, dans sa partie située à l'intérieur de la garniture 36 de la chambre de post-combustion 34 Pour permettre l'éjection du carburant, le corps 54 présente dans sa portion de paroi longitudinale 64 et en regard de la pluralité des orifices de décharge de carburant 69, une fente 70 délimitée par des bords 71 a, 71 b adjacents au tube de carburant 52 comme on le voit clairement sur la figure 5. L'enceinte 54 comporte de plus des prises d'air de refroidissement dans sa partie située dans la conduite de dérivation 30 de l'air secondaire 32 a Ces prises d'air sont formées par des ouvertures 72 ménagées dans la paroi de l'enceinte 54 au voisinage de la première extrémité 56 et du côté aval Ces ouvertures 72 mettent en communication la conduite de dérivation 30 avec le conduit de circulation 63. Une pluralité d'orifices de décharge d'air 73 sont formés dans les bords 71 a, 71 b de la fente 70 Un orifice de décharge complémentaire 74 est prévu dans la deuxième extrémité 66 de l'enceinte 54 Cet orifice de décharge 74 est destiné à souffler un jet 75 d'air de refroidissement en amont de la deuxième extrémité 65 du tube de carburant 52. L'air 55 utilisé au refroidissement du tube 52 est prélevé au niveau de l'air secondaire 32 a froid par les ouvertures 72 Une partie de cet air 55 circule dans le conduit de circulation 63 et est éjecté par l'orifice de décharge 74 sous l'effet de l'écart de pression existant entre la pression de l'air secondaire 30 et des gaz de combustion 50 L'autre partie de cet air est évacuée tangentiellement au tube de carburant 52 par les orifices de décharge 73 de façon à créer un film protecteur en aval du tube de carburant 52. REVENDICATIONS 1 Injecteur de carburant pour chambre de post-combustion d'une turbomachine, ledit injecteur étant susceptible d'être alimenté par une source de carburant, caractérisé en ce qu'il comporte: une base ( 60) ayant un collecteur ( 61) pour recevoir du carburant de la source de carburant; un tube de carburant ( 52) s'étendant à partir de ladite base ( 60) et ayant une première extrémité ( 59) fixée à ladite base ( 60), une deuxième extrémité ( 65) éloignée de ladite base ( 60), un passage de carburant ( 68) communiquant avec ledit collecteur ( 61), et une pluralité d'orifices ( 69) de décharge de carburant disposés en alignement de long d'une génératrice dudit tube ( 52), et une enceinte tubulaire ( 54) ayant une cavité interne ( 53) dont la section transversale est supérieure à la section transversale dudit tube ( 52), une première extrémité ( 56) munie d'une collerette de fixation ( 57) sur laquelle ladite base ( 60) est fixée de telle manière qu'une partie au moins dudit tube ( 52) s'étend dans ladite cavité ( 53) au voisinage d'une portion de paroi ( 64) longitudinale interne de ladite enceinte ( 54), une deuxième extrémité ( 66) éloignée de ladite collerette ( 57) et, dans laquelle est ménagé un passage ( 67) pour ledit tube ( 52) afin que ce dernier puisse se dilater librement, une fente ( 70) ménagée du côté de ladite portion de paroi ( 64) longitudinale interne et dans laquelle débouchent les orifices ( 69) de décharge de carburant dudit tube ( 52), au moins une prise d'air ( 72) de refroidissement ménagée dans ladite paroi de ladite enceinte ( 54) afin d'introduire de l'air de refroidissement dans ladite cavité ( 53), et une pluralité d'orifices ( 73) de décharge d'air disposés de part et d'autre de ladite fente ( 70). 2 Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les prises ( 72) d'à r de refroidissement sont prévues au voisinage de la collerette ( 57) du côté opposé à la fente ( 70). 3 Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices ( 73) de décharge d'air sont formés sur les bords ( 71 a, 71 b) de la fente ( 70). 4 Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte de plus un orifice ( 74) de décharge d'air dans la deuxième extrémité ( 66) de ladite enceinte ( 54). Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la base ( 60) et la collerette ( 57) de fixation comportent en correspondance des alésages ( 62 a, 62 b) pour des moyens de fixation communs.