Brevet FR2895768A1 — publié le 20070706

La présente invention concerne des moteurs à turbine à gaz ; elle concerne plus particulièrement, mais pas exclusivement, l'allumage de postcombustion d'un moteur à turbine à gaz. La postcombustion est une méthode pour augmenter la poussée de base d'un moteur à turbine à gaz pour améliorer les performances de décollage et de montée d'un avion, et dans le cas spécifique d'un avion militaire ses qualités de combat. Un complément de carburant est introduit et brûlé entre l'étage turbine du moteur et la tuyère de propulsion par réaction en utilisant l'oxygène restant dans les gaz d'échappement pour alimenter la combustion. L'augmentation résultante de la température des gaz d'échappement donne une vitesse accrue au jet sortant du réacteur, et par conséquent, une augmentation de la poussée du moteur. Bien que la température des gaz dans le réacteur soit extrêmement élevée, on ne peut pas compter sur un allumage spontané de la postcombustion. Pour un fonctionnement sûr, il faut donc un allumage complémentaire. Dans l'allumage "coup de feu", un jet de carburant est injecté à la sortie de la chambre de combustion. L'éclair chaud qui en résulte traverse toute la turbine jusqu'au réacteur où il allume le carburant de postcombustion introduit dans le réacteur. Ce type d'allumage de postcombustion nécessite l'utilisation d'au moins un injecteur dont le nez se trouve dans la chambre de combustion. Un problème résultant de l'allumage "coup de feu" réside dans le fait que des débris de carbone laissés par le carburant brûlé ou bouillant dans l'injecteur se déposent rapidement, et qu'il faut les enlever, sinon l'injecteur se bouche et cesse de fonctionner. II faut donc des contrôles réguliers et un entretien préventif fréquent des injecteurs. Sauf si les injecteurs sont facilement accessibles et démontables, cela signifie la mise hors service de l'avion. On pense que la formation des débris de carbone dépend de la température, et leur accumulation se produit dans le conduit d'amenée des injecteurs se trouvant dans l'espace entre le carter extérieur de la chambre de combustion et la paroi de ladite chambre, où la température peut être de l'ordre de 130 C, ce qui est considérablement inférieur, par exemple, à la température de la zone de la chambre de combustion dans laquelle est monté le nez de l'injecteur, qui peut être de l'ordre de 1300 C. On a constaté que le gradient de température le long du conduit d'amenée de l'injecteur est très élevé et on pense que c'est la cause principale du dépôt des débris de carbone. On pense aussi que le contrôle du gradient thermique soit par arrivée d'air sur l'injecteur ou même par une sorte de déphasage thermique sur le corps de l'injecteur pourrait grandement retarder l'accumulation des débris de carbone. La présente invention a pour objet un dispositif qui supprime au moins partiellement le dépôt de débris de carbone dans le conduit d'amenée de carburant d'un injecteur d'allumage "coup de feu" de postcombustion, ce qui augmente considérablement les intervalles des visites de contrôle et de nettoyage, et améliore le fonctionnement général. Suivant l'invention, un système d'allumage de postcombustion d'un moteur à turbine à gaz comprenant un conduit d'amenée du carburant pour l'injection d'un jet de carburant dans un courant gazeux envoyé dans une chambre de combustion est caractérisé en ce que des moyens élastiques mobiles sont disposés à l'intérieur dudit conduit d'amenée de carburant de telle sorte qu'en fonctionnement lesdits moyens élastiques se déplacent par rapport audit conduit sous l'action du passage du carburant dans le conduit, de manière à abraser au moins une partie de la surface intérieure dudit conduit. L'invention va être décrite en se référant au dessin annexé sur lequel : Figure 1 est une vue schématique en coupe partielle d'un moteur à turbine à gaz axiale, comprenant une chambre de combustion, une partie de la turbine, la tuyère de réaction, ainsi qu'un appareil d'allumage "coup de feu" ; Figure 2 est une vue en coupe partielle à travers l'injecteur de l'appareil d'allumage de la figure 1 ; Figure 3 est une vue en coupe partielle à travers un injecteur conforme à l'invention. On voit sur la figure 1 un moteur à turbine à gaz 1 comprenant un 35 compresseur 2, une chambre de combustion 3 avec une bougie d'allumage 4 et un appareil de pulvérisation de carburant conventionnel 5 pour introduire le carburant dans un courant d'air comprimé provenant du compresseur, une turbine 6 et une tuyère de réacteur 7. La chambre de combustion est définie par une paroi 8 à l'extérieur de laquelle se trouve un carter extérieur 9 et une enveloppe 11, la paroi 8 et le carter 9 formant ensemble un passage 12 dans lequel est canalisé de l'air comprimé pour former un courant d'air de refroidissement franchissant la paroi 8 et pénétrant dans la chambre de combustion à travers des ouvertures de la paroi 8. Le mélange d'air comprimé et de carburant est mis à feu par la bougie 4 et la détente de gaz brûlé qui en résulte est dirigée à travers la turbine dans la tuyère de réacteur 7 pour fournir la force de propulsion. Un appareil de postcombustion permet d'augmenter la force de propulsion. Cet appareil peut revêtir diverses formes, l'une d'elles étant connue comme allumage "coup de feu" qui comprend une unité "coup de feu" couplée avec une arrivée de carburant (non représentée) pour envoyer du carburant par un conduit à un injecteur 17 qui s'avance dans la chambre de combustion, et à une buse de pulvérisation 18 montée dans la tuyère de réaction 7. Comme on le voit plus en détail sur la figure 2, l'injecteur comprend un corps tubulaire 19 ayant une buse 21 à une extrémité et un raccord à vis 22 à l'autre extrémité pour le raccorder avec la sortie du carburant de l'unité "coup de feu" 15. Un conduit 23 s'étend le long du corps tubulaire 19. Une bride de montage 25 sur le corps 19 adjacente à la buse 21 permet de fixer l'injecteur au carter extérieur 9 de la chambre de combustion avec la buse 21 faisant saillie dans ladite chambre. Une autre bride de montage 26 sur le corps 19 adjacente au raccord 22 permet de fixer le corps à l'enveloppe 11. En fonctionnement, l'unité "coup de feu" envoie du carburant aux deux buses 18 et 21. Le carburant projeté par la buse 21 forme le courant qui est mis à feu pendant son passage dans la chambre de combustion, le courant enflammé traversant la turbine 6 comme un éclair brûlant, puis entrant dans la tuyère de réaction où il allume le carburant pulvérisé dans la buse 18. Sous l'effet de la combustion du carburant pulvérisé, la température des gaz d'échappement qui s'écoulent déjà dans la tuyère de réaction augmente et les gaz en expansion accélèrent dans la tuyère pour fournir la poussée additionnelle requise. Le conduit 23 dans l'injecteur 17 risque de se boucher avec les débris de carbone déposés par le carburant dans le conduit à cause de la température qui y règne, et -par conséquent- il est nécessaire de démonter l'injecteur pour le nettoyer à intervalles réguliers. On voit sur la figure 3 un ressort 30 logé dans le corps 19 de l'injecteur. Ce ressort a une longueur inférieure à la longueur rectiligne de l'alésage 23, et son coefficient d'élasticité est choisi de manière qu'une pression de carburant d'environ 60 hk Pa (870 psi) commence à le comprimer. Dans certains moteurs, l'injecteur 17 est monté à la base du moteur et dirigé vers le haut de sorte que l'entrée du carburant à l'injecteur est au point le plus bas. Quand le carburant passe dans l'alésage 23 contenant le ressort 30, ce dernier se déplace longitudinalement par rapport au corps d'injecteur 18, dans la même direction que le carburant. La chute de pression le long du ressort, causée par le passage du carburant, repousse le ressort 30 vers le haut du conduit 23 en nettoyant ainsi efficacement la surface intérieure du conduit et en détachant le carbone. Lorsque le débit de carburant s'arrête, le ressort 30 retombe vers l'extrémité amont du conduit puisque l'injecteur est monté eu fond de la chambre de combustion. Le ressort 30 et la surface intérieure de l'alésage 23 sont revêtus d'un matériau ayant un faible coefficient de frottement, résistant aux attaques du soufre et des autres substances du carburant. Les déplacements du ressort de la manière décrite ci-dessus permettent d'éliminer les dépôts de carbone dans le conduit 23 de l'injecteur 17. REVENDICATIONS 1. Un système d'allumage de postcombustion d'un moteur à turbine à gaz comprenant un conduit d'amenée du carburant (23) pour l'injection d'un jet de carburant dans un courant gazeux envoyé dans une chambre de combustion (3), caractérisé en ce que des moyens élastiques mobiles (30) sont disposés à l'intérieur dudit conduit (23) d'amenée de carburant, de telle sorte qu'en fonctionnement lesdits moyens élastiques se déplacent par rapport audit conduit sous l'action du passage du carburant dans le conduit, de manière à abraser au moins une partie de la surface intérieure dudit conduit. 2. Un système d'allumage de postcombustion suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens élastiques sont constitués par un ressort. 1 5 3. Un système d'allumage suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la longueur dudit ressort est inférieure à la longueur de l'alésage dudit conduit. 4. Un système d'allumage suivant les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mouvement dudit ressort par rapport audit 20 conduit dans une direction est causé par le passage du carburant dans ledit conduit, et le mouvement dans l'autre direction est causé par la gravité. 5. Un système d'allumage suivant les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit ressort est revêtu d'un matériau ayant un 25 faible coefficient de frottement. 6. Un système d'allumage suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface intérieure de l'alésage dudit conduit est revêtue d'un matériau ayant un faible coefficient de frottement.