Brevet FR2706588A1 — publié le 19941223

Est déjà connu, par exemple par EP-A-488 556 un système d'injection de carburant destiné à équiper une chambre de combustion présentant un fond de chambre, ce système comprenant un premier et un deuxième ensemble d'injection de carburant, tous deux sensiblement centrés sur l'axe d'une zone centrale de la chambre de combustion, ainsi qu'un dispositif "accroche-flammes" qui s'étend à l'intérieur de la chambre de combustion en étant écarté dudit fond, le premier ensemble d'injection de carburant étant placé sur ledit axe et étant entouré par un manchon coaxial audit axe, et, le deuxième ensemble d'injection étant disposé au- delà dudit manchon par rapport audit axe, et étant en outre axialement décalé par rapport à l'extrémité transversale du manchon la plus eloignée du fond de la chambre de combustion, étant à cet effet disposé entre ladite extrémité transversale et ledit fond. Les systèmes connus d'injection de carburant ne permettent pas de stabiliser la combustion au plus près du fond de la chambre de combustion et, de ce fait, ne permettent pas d'abaisser de manière satisfaisante la production d'oxydes d'azote (NOx), ni d'homogénéiser Ies richesses locales du mélange gazux. La présente invention propose de créer une zone de prémélangc entre les points d'injection et le plan "accroche-flammes". A cette fin, l'invention propose de compléter le système d'injection de carburant précité par adoption des dispositions suivantes: A) le deuxième ensemble d'injection de carburant comprend une pluralité de rangées radiales de trous d'injection de carburant, qui s'étendent senmsiblement dans un même plan transversal perpendiculaire audit axe et sont disposées en étoile par rapport à cet axe; et, B) le dispositif "accmoche-flammes" comprend des bras accroche- flammes", qui s'étendent, dm'une part axialement à partir du deuxième ensemble d'injection de carburant jusqLu'au moins le plan transversal de ladite extrémité du manchon, d'autre part, radialement, à partir de la face externe du manchon, en s'écartant de celui-ci et dudit axe, et qui, en outre, sont intercalés entre lesdites rangées radiales de trous d'injection de carburant. Les avantageuses dispositions suivantes sont en outre de préférence adoptées: - chaque bras "accroche-flammes" s'étend axialement, par rapport au fond de la chambre de combustion, au-delà de ladite extrémité du manchon; - le rayon passant par ledit axe et l'extrémité d'un bras *accroche- flammes" est supérieur à celui passant par l'axe et l'extrémité de chacune desdites BAD ORIGINAL rangées radiales de trous d'injection de carburant disposées de part et d'autre dudit bras 'acroche-flammes"; - les extrémités desdits bras "accroche-flammes" sont disposées sur une sorte d'ellipse; -la section droite d'un bras "accroche-flammes" est conformée sensiblement en un V ayant sa pointe orientée vers le fond de la chambre de combustion; chacune desdites rangées radiales de trous d'injection de carburant est supportée par un bras radial dinjection, dans lequel sont ménagés lesdits trous d'injection de cette rangée radiale; - chaque bras dinjection comprend deux demi-coquilles creuses comprenant chacune au moins un conduit intérieur de réfrigération, les conduits intérieus de réfrigération des deux demi-coquilles ayant l'une de leurs extrémités mutuellement raccordées, et leurs autres extrémités raccordées à un circuit de réfrigération, de manière qu'un fluide de réfrigération soit susceptible d'être véhiculé suivant un parcours aller dans le conduit intérieur de réfrigération de l'une des demi-coquilles, et, suivant un parcours retour dans le conduit intérieur de réfrigération de l'autre demi-coquille; - le fluide de réfrigération est constitué par le carburant lui-même; - à l'intérieur de chaque bras dijection est ménagé un conduit d'alimentation en carburant, auquel sont raccordés les trous d'injection dudit bras d'injection; - lesdits trous dinjection d'un bras d'injection ont leurs axes parallèles audit axe de la zone centrale, ou encore, en variante, lesdits trous d'injection sont disposés en deux rangées débouchant dans deux faces opposées du bras d'injection, et ont leurs axes contenus dans un plan perpendiculaire à l'axe de la zone centrale. L'avantage principal résultant de l'adoption des dispositions conformes à l'invention réside dans la réduction des oxydes d'azote produits et dans l'obtention de la stabilisation de la combustion en fond de chambre à combustion. L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la description de réalisations 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: BAD ORIGINAL - la figure 1 est une coupe axiale de la chambre de combustion d'une turbomachine équipée d'un système d'injection de carburant confonnrme à l'invention; - la figure 2 est une vue suivant flèche F de la figure 1; la figure 3 est une section suivant HI-IlI de la figure 2; -la figure 4 est une vue analogue à la figure 2, d'une variante de réalisation conforme à l'invention; - la figure 5 est une section suivant V-V de la figure 1; la figure 6 est une section, analogue à celle de la figure 5, d'une variante de réalisation conforme à l'invention; et, - la figure 7 est une vue perspective d'un bras d'injection conforme à linvention. Les systèmes dinjection de carburant décrits ci-après équipent des chambres de combustion de turbomachines. La figure 1 est une coupe axiale dune telie chambre de combustion, qui comprend: - un axe de symétrie de révolution 1; - une pamroi interne 2, annulaire, d'axe 1; - une paroi extrcmne 3, annulaire, d'axc 1; -un fond transversal 4, généralement perpendiculaire à l'axe 1, réunissant les parois interne 2 et externe 3, afin, en coopération avec ces parois, de délimiter une enceinte de combustion 5 ayant une zone centrale d'axe 6; et, - un système d.njection de carburant 7 relié à un conduit principal 8 d'alimentation en carburan Le système 7 d'iunjection de carburant comprend: - un manchon 9, fixé sur le fond 4, présentant un évidement central cylindrique 10 et une face axiale externe 11, et s'étendant depuis le fond 4 jusqu'au plan P12, pndiculaire à l'axe 6, de son extrémité transveisale 12, situé à unec distance X des bras dnjection 13; - une pluralité de bras d'injection 13, qui s'étendent radialement par rapport à l'axe 6, sensiblement parallèlement à un plan perpendiculaire à l'axe 6, en étant disposés en étoile autour de l'axe 6, et, dans la réalisation représentée, en s'étendant radialement à partir de la face externe 11 du manchon, en étant solidaire de celui-ci; et, - une pluralité de bras "acoch-flammes' 14, comprenant chacun deux ailes 15 formnnant un dièdre, dont la section transversale a la forme d'un V, BAD ORIGINAL intercalés chacun entre deux bras d'injection 13, disposés chacun selon une direction radiale par rapport à l'axe 6, orientés de manière que le plan P14 bissecteur du dièdre contienne l'axe 6 et que 'aréte 16 du dièdre soit orientée vers le fond 4. L'arête 16 du dièdre d'un bras "accroche-flammes" étant placée adjacente au plan du fond 4, les ailes 15 s'étendent axialement en s'écartant du fond 4, au-delà du plan P12, jusqu'à un plan transversal PS15A, perpendiculaire à l'axe 6 et contenant les arêtes d'extrémité axiale 15A des ailes 15, et radialement, à partir de la face externe 11 du manchon, en s'écartant de l'axe 6, jusqu'à une arête axiale 15B. Les arêtes 15A du système représenté sur la figure 2 ont leurs extrémités placées sur un cercle C centré sur 'axe 6, de rayon RC supérieur à celui R13 du cercle C13 sur lequel sont situées les extrémités des bras d'injection 13. Afin de limiter l'encombrement dans le sens radial passant par l'axe 1 et un axe 6, il est possible de conserver les dimensions précédentes dans le choix des bras "acaoche-flammes" 14 parallèles à la direction 1-6, et d'augmenter les dimensions dans le sens perpendiculaire. La disposition de la figure 4 est obtenue dans laquelle d'une part, les extrémités des bras d'injection 13 sont disposées sur une ellipse E13, les extrémités des arêtes 15A des bras "acochc-flammes" 14 étant elles- mêmes disposées sur une ellipse E1SA, qui entoure rellipsc E13. Bien entendu, les courbes E13 et ElSA sont des ellipses, ou des courbes ressemblant à des ellipses. Dans la réalisation des figures 1, 2 et 4, dans chaque bras d'injection 13, un conduit radial 17 d'alimentation en carburant est ménagé, relié par des conduits 18 ménagés dans le manchon 9 au conduit principal 8 d'alimentation en carburant. Une pluralité de trous d'ijection 19, d'axes 19A parallèles à l'axe 6, débouchent dans le conduit 17 et dans l'enceinte de combustion S (figures 1 et 5). En variante (figure 6), une double pluralité de trous d'injections 20, 21, d'axes 20A, 21A contenus dans un plan perpendiculaire à l'axe 6 et perpendiculaires à la direction radiale du bras dinjection 13, débouchent dans le conduit 17 et dans l'enceinte de combustion S. En outre, dans cette variante, la section transversale de chaque bras 13 est effilée, présentant une pointe 22 orientée dans le sens opposé au fond 4. Selon la variante de réalisation représentée sur la figure 7, le bras d'injection 113 comprend deux demi-coqufilles creuses 113A et 113B, et, un conduit 117 d'alimentation en carburant disposé entre ces deux demi-coquilles. La demi-coquille 113B a une section transversale en formnne de cuvette délimitéec par BAD ORIGINAL deux ailes 123, une pluralité de trous dinjection 124 étant alignés au centre de la cuvette y débouchant, et étant raccordés au conduit d'alimentation en carburant 117. Deux conduits de réfrigération 125 sont ménagés à l'intérieur de la demi- coquille 113B et sont raccordés, à une première de leurs extrémités, à un conduit 126, lui-même relié à une source de fluide réfrigéré et appartcnant à un circuit de réfrigération, et, à leurs deuxièmes extrémités à une première extrémité d'un conduit de réfrigération 127 ménagé à lintérieur de la demi-coquille 113A et relié, à sa deuxième extrémité à un conduit 128 de retour du fluide de réfrigération, qui appartient audit circuit de réfrigération. Les ailes 123 sont orientées à l'opposé du fond 4 de la chambre de combustion; les trous d'injection 124 ont leurs axes 124A disposés parallèlement à l'axe 6; et, le fluide de réfrigération, lors de son parcours "aler" dans les conduits 125, réfrigère la partie la plus chaude 113B et la plus exposée à la flamme du bras d'injection 113, et, lors de son parcours "retour", est véhiculé dans le conduit 127. Ce fluide de réfrigération est avantageusement constitué par le carburant lui-même, qui, en réfrigérant les demi-coquilles 113B et 113A, se réchauffe avant d'être injccté à l'intérieur de l'enceinte de combustion 5. Bien entendu, les bras 113 sont disposés, de manière analogue aux bras 13 de la réalisation de la figure 2, en étoile autour de l'axe 6. Il doit être observé que des trous d'injection de carburant 30, disposés en une couronne circulaire débouchent dans l'évidement interne 10 du manchon 9, une admission de comburant 31, de préférnce du type vrille tourbillonnaire, étant associée aux trous d'injection de carburant 30, qui sont par ailleurs axialement situés dans le plan des conduits 17 des bras d'injection 13 et qui sont raccordés au conduit 18. Enfin, il est noté que des orifices 29 qui traversent les parois interne 2, externe 3 et le fond 4, notamment en arrière et à proximité des bras d'injection 13, permettent l'admission à lintéieur de l'enceinte de combustion 5, du comburant, notamment du comburant primaire nécessaire à la combustion du carburant. Généralement, ce comburant est de l'air préalablement comprimé. La distance X est choisie de manière que, pour toutes les conditions de fonctionnement prévues, il n'y ait pas auto-inflammation du carburant, une marge étant ménagée vis-à-vis de ce problème. Lalimentation en air, notamment à travers le fond 4 de la chambre de combustion, permet l'obtention d'une penrméabilité importante et ainsi d'abaisser le rapport d'équivalence moyen autour de 0,6. BAD ORIGINAL Par ailleurs, la répartition du carburant injecté à travers les trous d'injection de carburant 19 et 30 est calculée, souvent également modulée de manière à obtenir le meilleur compromis concernant 'obtention d'une stabilité satisfaisante de la combustion, une pollution minimale et une température des patrois, notamment interne 2 et externe 3, limitée à une valeur de sécurité détermince. La disposition de la réalisation de la figure 4 permet de limiter le nombre de bras d'injection adjacents au fond de la chambre de combustion, tout en augmentant le nombre des trous d'injection de carburanut, et d'obtenir ainsi une diminution du sillage du système d'injection de carburant. Les avantages principaux du système d'injection de carburant propos6 résident dans: - une réduction du niveau de production des oxydes d'azote; et - une stabilisation de la combustion en fond de chambre. L'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient leur être apportées sans sortir de leur cadre, ni de leur esprit. SAD ORIGINAL REVENDICATONS 1. Système d'njection de carburant destiné à équiper une chambre de combustion présentant un fond de chambre (4), ce système comprenant un premier (30) et un deuxième (13-19) ensemble d'injection de carburant, tous deux sensiblement centrés sur l'axe (6) d'unem zone centrale de la chambre de combustion, ainsi qu'un dispositif "accroche-flammes" (14) qui s'étend à l'intérieur de la chambre de combustion en étant écarté dudit fond (4), le premier ensemble d'injection de carburant étant placé sur ledit axe (6) et étant entouré par un manchon (9) coaxial audit axe, et, le deuxième ensemble d'injection étant disposé au-delà dudit manchon (9) par rapport audit axe (6), et étant en outre axialement décal6 par rapport à l'extrémité transversale (12) du manchon (9) la plus éloignée du fond (4) de la chambre de combustion, étant à cet effet dispos6 entre ladite extrémité transversale (12) et ledit fond (4), caractérisé en ce que: A) le deuxième ensemble d'injection de carburant comprend une pluralit6 de rangées radiales de trous (19) d'injection de carburant, qui s'étendent sensiblement dans un même plan transversal perpendiculaire audit axe (6) et sont disposées en étoile par rapport à cet axe (6); et, B) le dispositif "accche-flammes" comprend des bras "accroche- flammes (14), qui s'étendent, d'une part, axialement à partir du deuxième ensemble d'injection de carburant (19) jusqu'au moins le plan transversal (P12) de ladite extrémit6 (12) du manchon, d'autre part, radialement, à partir de la face externe (11) du manchon (9), en s'écartant de celui-ci et dudit axe (6), et qui, en outre, sont intercalés entre lesdites rangées radiales de trous d'injection de carburant (19). 2. Système d'injection de carburant selon la revendication 1, caractéris. en ce que chaque bras 'accroche-flammes" (14) s'étend axialement (1SA), par rapport au fond (4) de la chambre de combustion, au-delà de ladite extrémité (12) du manchon (9). 3. Système dinjection de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le rayon (RC) passant par ledit axe (6) et l'extrmit6 d'unm bras "accroche-fiammes" (14) est supérieur à celui (Rf3) passant par I'axe (6) et l'extrémité de chacune desdites rangées radiales (13) de trous d'injection de carburant (19) disposées de part et d'autre dudit bras "accroche-flammes" (14). BAD ORIGINAL 4. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les extrémités desdits bras "accroche- flammes" sont disposées sur une sorte d'ellipse (ElSA). 5. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la section droite d'un bras "accroche- flammes" (14) est conformée sensiblement en un V (15-15) ayant sa pointe (16) orientée vers le fond (4) de la chambre de combustion. 6. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacune desdites rangées radiales de trous d'injection de carburant (19) est supportée par un bras radial d'injection (13), dans lequel sont ménagés lesdits trous d'injection de cette rangée radiale. 7. Système d'injection de carbumrant selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque bras d'injection (113) comprend deux demi- coquilles (113A, 113B) creuses comprenant chacune au moins un conduit intérieur de réfrigération (127, 125), les conduits intérieurs de réfrigération des deux demi-coquilles ayant l'une de leurs extrémités mutuellement raccordées (113A-113B), et leurs autres extrémités raccordées à un circuit de réfrigération (126-128), de manière qu'un fluide de réfrigération soit susceptible d'être véhiculé suivant un parcours aller dans le conduit intérieur de réfigération (125) de l'une des demi-coquilles (113B), ex, suivant un parcours retour dans le conduit intérieur de réfrigération (127) de l'autre demi-coquille (113A). 8. Système d'injection de carburant, selon la revendication 7, caractérisé en ce que le fluide de réfiigération est constitué par le carburant lui- même. 9. Système d'injection de carburant selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'à l'intérieur de chaque bras d'injection (13) est ménagé un conduit d'alimentation en carburant (17), auquel sont raccordés les trous d'injection (19) dudit bras d'injection. 10. Système dnjection de carburant selon la revendication 9, caractérisé en cc que lesdits trous d'injection (19) d'un bras d'injection (13) ont leurs axes (19A) parallèles audit axe (6) de la zone centrale. 3AD ORIGINAL 11. Système d'injection de carburant selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdits trous d'injection (20, 21) sont disposés en deux rangées débouchant dans deux faces opposées du bras d'injection (13), et ont leus axes (20A, 21A) contenus dans un plan perpendiculaire à l'axe (6) de la zone centrale. AD ORIGINAL