Brevet FR2721694A1 — publié le 19951229

La présente invention concerne le refroidissement de l'injecteur de décollage d'une chambre de combustion à deux têtes. Dans les avions modemrnes, la lutte contre la pollution atmosphérique, d'une part, et la recherche de performances optimales, d'autre part, peuvent conduire à l'utilisation de chambres de combustion à deux têtes alimentées en carburant par un double injecteur qui comporte une première alimentation pour la tête pilote ou tête de ralenti et une deuxième alimentation pour la tête de décollage. Dans les chambres de combustion à deux têtes, la tête de ralenti est alimentée en permanence en carburant, quel que soit le régime de la turbomachine. En revanche, la tête de décollage n'est alimentée en carburant qu'au delà d'un régime minimum déterminé qui correspond à environ 20 % du régime nominal. En phase de ralenti il est donc nécessaire de refroidir convenablement l'injecteur de décollage et notamment l'embout de l'injecteur qui comporte les orifices d'injection de carburant, afin d'éviter tout problème de cokéfaction des circuits de carburant et tout problème de formation de bouchon de vapeur de carburant. Il a déjà été adopté sur le turboréacteur CFM56-5B une solution de refroidissement qui consiste à faire circuler le débit de carburant qui alimente l'injecteur de ralenti dans l'injecteur de décollage. Cette circulation de carburant refroidit au passage cet injecteur de décollage évitant ainsi la cokéfaction. Cependant, dans cette application particulière, seul le carburant du circuit primaire du circuit de ralenti circule dans la tête de décollage. En effet, les injecteurs du CFM56-5B sont de type aéromécanique à double débit par module. En outre, le circuit d'alimentation du carburant de l'injecteur de ralenti comporte deux tubes coaxiaux, et l'injecteur de décollage est alimenté par un troisième tube disposé au centre des deux premiers et communiquant avec l'intérieur de la chambre de combustion par les orifices d'injection ménagés dans l'embout. Ces orifices sont ainsi disposés à une distance relativement grande du passage entre les extrémités des deux premiers tubes. Le but de la présente invention est d'améliorer le refroidissement de l'injecteur de décollage et notamment de son embout. La présente invention concerne donc un dispositif pour refroidir l'injecteur de décollage d'un double injecteur équipant une chambre de combustion à deux têtes d'une turbomachine, ledit double injecteur comportant en outre un injecteur de ralenti qui est alimenté en carburant par un premier circuit, ledit injecteur de décollage présentant un embout pourvu d'orifices d'injection de carburant qui sont alimentés en carburant par un deuxième circuit séparé du premier circuit. Selon l'invention, ce dispositif est caractérisé par le fait que le premier circuit de carburant comporte un premier conduit qui dirige la totalité du débit de carburant alimentant ledit injecteur de ralenti jusqu'à l'embout de l'injecteur de décollage et un deuxième conduit annulaire qui est coaxial au premier conduit et qui retourne ledit débit de carburant vers l'injecteur de ralenti, par le fait que le deuxième circuit de carburant comporte un troisième conduit annulaire interposé entre le premier conduit et le deuxième conduit, et par le fait que dans l'embout sont ménagés des canaux permettant le passage du carburant entre le premier conduit et le deuxième conduit, lesdits canaux alternant avec les orifices d'injection dudit embout. Grâce à cette disposition, la valeur du débit de carburant de refroidissement est augmentée et les surfaces d'échange thermique dans l'embout sont optimisées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe d'un double injecteur pouvant équiper une chambre de combustion à double tête d'une turbomachine, ledit double injecteur étant muni du dispositif de refroidissement selon l'invention; la figure 2 est une coupe à grande échelle de l'injecteur de décollage du double injecteur de la figure 1; la figure 3 est une coupe, selon la ligne III III, de l'embout de l'injecteur de décollage de la figure 2; la figure 4 montre le schéma de principe de la circulation des débits de carburant qui alimentent l'injecteur de ralenti et l'injecteur de décollage. La référence 1 représente un double injecteur destiné à l'alimentation d'une chambre de combustion annulaire à double tête d'une turbomachine, qui comporte une tête 2 pour sa fixation sur le carter extérieur de la turbomachine, un injecteur de décollage 3, éloigné de la tête 2 et un injecteur de ralenti 4 ou pilote disposé à mi-distance entre la tête 2 et l'injecteur de décollage 3. L'injecteur de décollage 3 comporte à son extrémité une buse de décollage 5 comportant des orifices 6 pour injecter, dans la chambre de combustion, un débit de carburant introduit dans la tête 2 par un orifice d'alimentation 7. L'injecteur de ralenti 4 comporte également une buse de ralenti 8 alimentée par un débit de carburant intrtroduit dans la tête 2 par un orifice d'alimentation 9. La buse de décollage 5 comporte un embout 10 monté dans l'alésage interne 11 d'une douille 12, cette douille 12 étant elle-même montée à l'extrémité du corps creux 13 qui forme la paroi externe du double injecteur 1. L'embout 10, d'axe 14, présente un alésage axial borgne 15 qui communique avec l'orifice de tête 9 par un premier tube 16, et une cavité annulaire 17 qui communique avec les orifices d'injection 6. La cavité annulaire 17 entoure l'alésage borgne 15 et est séparée de ce dernier par un manchon cylindrique 18 à l'extrémité amont duquel est fixé l'extrémité du premier tube 16. Un deuxième tube 19, fixé à l'extrémité amont de la paroi annulaire qui sépare la cavité annulaire 17 de la douille 12, met en communication la cavité annulaire 17 avec l'orifice de tête 7. Ce deuxième tube 19 entoure le premier tube 16. Un espace annulaire 20 est délimité par le deuxième tube 19, d'une part, et la douille et le corps creux 13, d'autre part. Des canaux 21 sont ménagés dans l'embout 10 afin de mettre en communication l'alésage borgne 15 avec l'espace annulaire 20. L'espace annulaire 20 s'étend depuis l'embout 3 jusqu'à la tête 2 du double injecteur 1, o il est en communication permanente avec le canal 22 d'alimentation de la tête de ralenti 4. Il est délimité extérieurement par un troisième tube 23 dont l'extrémité aval 24 est fixée de manière étanche à la douille 12. Le circuit d'alimentation de l'injecteur de ralenti 4 comprend l'orifice d'entrée 9, le passage interne du premier tube 16, l'alésage borgne 15, les canaux 21, l'espace annulaire 20 et le canal d'alimentation 22. Ainsi, tout le débit de carburant Q1 qui alimente par l'injecteur de ralenti 4 transite par les canaux 21 situés dans l'embout 10. Le circuit d'alimentation de l'injecteur de décollage 2 comprend l'orifice d'entrée 7, l'espace annulaire 25 délimité par le premier tube 16 et le deuxième tube 19, la cavité annulaire 17 et les orifices d'injection 6. Comme on le voit plus clairement sur les figures 2 et 3, les orifices d'injection 6 comportent, à partir de la cavité annulaire 17, une première portion 6a axiale et une deuxième portion 6b inclinée radialement et tangentiellement qui débouche dans la chambre de combustion. Ces orifices d'injection 6 sont au nombre de six dans l'exemple montré sur les dessins, mais ce nombre pourrait être différent de six. Les canaux 21, également au nombre de six, alternent circonférentiellement avec les orifices d'injection 6. Ainsi, l'embout 10, qui constitue la partie la plus chaude du double injecteur 1 et donc la partie la plus sensible aux phénomènes de cokéfaction, comporte une surface d'échange thermique importante avec la totalité du débit de carburant Q1 de l'injecteur de ralenti 4. Ceci conduit à une diminution importante des risques de cokéfaction du carburant résiduel dans le circuit du module de décollage par diminution des températures des parois du circuit de décollage. Des calculs de thermique ont démontré un gain substantiel de 68 % sur la surface des parois à risques, en termes de cokéfaction, c'est-à-dire avec une température supérieure à 200'C. REVENDICATION 1. Dispositif pour refroidir l'injecteur de décollage (3) d'un double injecteur (1) équipant une chambre de combustion à deux têtes d'une turbomachine, ledit double injecteur (1) comportant en outre un injecteur de ralenti (4) qui est alimenté en carburant par un premier circuit, ledit injecteur de décollage (3) présentant un embout (10) pourvu d'orifices d'injection (6) de carburant qui sont alimentés en carburant par un deuxième circuit séparé du premier circuit, caractérisé par le fait que le premier circuit de carburant comporte un premier conduit (16, 15) qui dirige la totalité du débit de carburant (Q1) alimentant ledit injecteur de ralenti (4) jusqu'à l'embout (10) de l'injecteur de décollage (3) et un deuxième conduit (20) annulaire qui est coaxial au premier conduit (16) et qui retourne ledit débit de carburant (Q1) vers l'injecteur de ralenti (4), par le fait que le deuxième circuit de carburant comporte un troisième conduit annulaire (25, 17) interposé entre le premier conduit (16, 15) et le deuxième conduit (20), et par le fait que dans l'embout (10) sont ménagés des canaux (21) permettant le passage du carburant entre le premier conduit (16) et le deuxième conduit (20), lesdits canaux (21) alternant avec les orifices d'injection (6) dudit embout (10).