Brevet FR3106373A1 — publié le 20210723

Injecteur (3) pour une turbomachine (1) comprenant un corps (4) allongé délimité par une tête de pulvérisation (5), le corps (4) comprenant au moins une première voie d’écoulement de carburant (6) s’étendant jusqu’à la tête de pulvérisation (5), la première voie d’écoulement (6) étant délimitée par une paroi (7) présentant une peau intérieure (8) et une peau extérieure (9), caractérisé en ce que la paroi (7) est poreuse et comprend une pluralité de pores débouchant chacun sur les peaux intérieure et extérieure (8, 9), les pores étant configurés pour permettre l’écoulement de larmes de carburant depuis la peau intérieure (8) jusqu’à la peau extérieure (9). Figure pour l'abrégé : 1 INJECTEUR POUR UNE TURBOMACHINE Domaine technique de l'invention La présente invention se rapporte à un injecteur pour une turbomachine. Arrière-plan technique Une turbomachine comprend classiquement un générateur de gaz comportant notamment un ou plusieurs compresseurs disposés en amont d’une chambre de combustion, suivant le sens d’écoulement des gaz au sein du générateur de gaz. Une chambre de combustion est alimentée en air (provenant du ou des compresseurs) via un diffuseur et en carburant via des injecteurs. Traditionnellement, chaque injecteur comprend un corps allongé (également appelé « bras » ou « canne ») délimité par une tête de pulvérisation qui débouche dans la chambre de combustion. Le corps comprend au moins une voie d’écoulement de carburant s’étendant jusqu’à la tête de pulvérisation. La combustion du mélange air/carburant est initiée par un dispositif d’allumage et engendre de fortes températures dans et au voisinage de la chambre. Les injecteurs disposés à proximité directe de la chambre sont donc particulièrement exposés aux fortes températures, d’où la nécessité de protéger le carburant circulant dans la voie d’écoulement, pour éviter le risque de cokéfaction ou de vaporisation. En effet, ces deux phénomènes entrainent notamment à plus ou moins long terme un bouchage partiel ou total de l’injecteur altérant l’homogénéité de la carburation, et de manière plus générale entrainant une baisse de rendement de la chambre de combustion. Pour protéger le carburant face aux fortes températures, il est connu d’implanter autour de la voie d’écoulement un écran thermique (par exemple sous la forme d’une tôle de protection ou d’une lame d’air) et/ou une barrière thermique (par exemple sous la forme d’un revêtement) et/ou une couche de carburant cokéfié. Toutefois, de tels moyens de protection ralentissent l’échauffement du carburant mais ne permettent pas de refroidir l’injecteur. Ainsi, pour minimiser les phénomènes précités, il est habituel de combiner plusieurs moyens de protection, au détriment notamment de la fiabilité, de la durée de vie, de la masse et de l’encombrement de l’injecteur. Les motoristes cherchent donc continuellement des solutions pour protéger efficacement le carburant s’écoulant dans l’injecteur face aux fortes températures. L’objectif de la présente invention est donc d’apporter une solution simple, efficace et économique permettant de répondre à problématique précitée. L’invention propose ainsi un injecteur pour une turbomachine comprenant un corps allongé délimité par une tête de pulvérisation, le corps comprenant au moins une première voie d’écoulement de carburant s’étendant jusqu’à la tête de pulvérisation, la première voie d’écoulement étant délimitée par une paroi présentant une peau intérieure et une peau extérieure, caractérisé en ce que la paroi est poreuse et comprend une pluralité de pores débouchant chacun sur les peaux intérieure et extérieure, les pores étant configurés pour permettre l’écoulement de larmes de carburant depuis la peau intérieure jusqu’à la peau extérieure. Une telle paroi suinte, et autrement dit laisse s’écouler des larmes de carburant depuis la peau intérieure jusqu’à la peau extérieure via les pores. Une fois arrivé sur la peau extérieure, les larmes de carburant s’évaporent du fait des fortes températures de l’environnement extérieur. Cette transformation des larmes de carburant de l’état liquide à l’état gazeux est obtenue par l’absorption d’une quantité de chaleur de l’environnement extérieur. Cette absorption de chaleur entraine par voie de conséquence un refroidissement de la peau extérieure, et de manière plus générale de la paroi. Les larmes de carburant permettent ainsi de refroidir la paroi (et notamment la peau extérieure) tout au long de l’utilisation de l’injecteur, et par conséquent d’abaisser la température du carburant ou tout du moins de freiner son augmentation, et ainsi d’éviter tout risque de cokéfaction ou de vaporisation dans l’injecteur. Un tel refroidissement de l’injecteur remplace la combinaison de plusieurs moyens de protection (art antérieur), au bénéfice notamment de la fiabilité, de la durée de vie, de la masse et de l’encombrement de l’injecteur. L’injecteur selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques et/ou étapes suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : - chacun des pores présente une section dont une dimension maximale est comprise entre 3 µm et 20 µm ; - l’injecteur comprend un élément de guidage disposé autour de la peau extérieure de la paroi, l’élément de guidage étant distant de la peau extérieure et configuré pour guider les vapeurs de carburant issues de l’évaporation des larmes de carburant en direction de la tête de pulvérisation ; - l’injecteur comprend un écran thermique et/ou une barrière thermique disposés autour de l’élément de guidage ; - le corps de l’injecteur comprend une seconde voie d’écoulement de carburant indépendante de la première voie d’écoulement, la seconde voie d’écoulement étant disposée à l’intérieur de la première voie d’écoulement, la seconde voie d’écoulement s’étendant jusqu’à la tête de pulvérisation ; - la paroi de l’injecteur est obtenue par frittage ou par fabrication additive ; - l’injecteur comprend un doseur de carburant raccordé au moins à la première voie d’écoulement, le doseur étant configuré pour doser au moins le carburant s’écoulant dans la première voie d’écoulement ; - l’injecteur comprend une bride de fixation à une extrémité du cops opposée à la tête de pulvérisation. La présente invention concerne encore un ensemble comprenant une chambre de combustion et un injecteur tel que décrit précédemment, la chambre de combustion comprenant une enveloppe annulaire interne et une enveloppe annulaire externe réunies par un fond de chambre sur lequel est rapporté un dispositif de mélange air/carburant, la tête de pulvérisation de l’injecteur étant rapportée sur le dispositif de mélange air/carburant. La présente invention concerne également une turbomachine comprenant un ensemble tel que décrit précédemment ou un injecteur tel que décrit précédemment. Brève description des figures L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante faite à titre d’exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une vue schématique de détail en demi-coupe axiale (ou longitudinale) d’une turbomachine illustrant notamment un injecteur selon un premier mode de réalisation de l’invention ; la figure 2 est une vue schématique de détail en demi-coupe axiale (ou longitudinale) d’une turbomachine illustrant notamment un injecteur selon un second mode de réalisation de l’invention. Description détaillée de l'invention Sur les figures 1 et 2 est représentée schématiquement une turbomachine 1 comprenant un générateur de gaz comportant une chambre de combustion 2 et au moins un injecteur 3 selon l’invention. Un injecteur 3 comprend un corps 4 allongé (également appelé « bras » ou « canne ») délimité par une tête de pulvérisation 5. Le corps 4 comprend au moins une première voie d’écoulement de carburant 6 s’étendant jusqu’à la tête de pulvérisation 5. La première voie d’écoulement 6 est délimitée par une paroi 7 présentant une peau intérieure 8 et une peau extérieure 9. Selon l’invention, la paroi 7 est poreuse et comprend une pluralité de pores débouchant chacun sur les peaux intérieure et extérieure 8, 9, les pores étant configurés pour permettre l’écoulement de larmes de carburant depuis la peau intérieure 8 jusqu’à la peau extérieure 9. La chambre de combustion 2 est placée en aval d’un ou plusieurs compresseurs du générateur de gaz, et en amont d’une ou plusieurs turbines du générateur de gaz. Selon les modes de réalisations illustrés sur les figures, plus précisément, la chambre de combustion 2 est annulaire d’axe C, l’axe C étant confondu avec l’axe longitudinal de la turbomachine. Par convention, dans la présente demande, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation des gaz dans le générateur de gaz. On entend par « axial » ou « axialement » toute direction parallèle à l’axe C de la chambre de combustion, et par « radial » ou « radialement » toute direction perpendiculaire à l’axe C de la chambre de combustion. De même, par convention dans la présente demande, les termes « interne » et « externe » sont définis radialement par rapport à l’axe C de la chambre de combustion. Enfin, les termes « intérieur » et « extérieur » associés aux éléments permettent de définir l’agencement des éléments les uns par rapport aux autres, et autrement dit de définir si un élément est au-dedans ou au-dehors par rapport à un autre élément. La chambre de combustion 2 comprend une enveloppe interne 10 et une enveloppe externe 11 coaxiales, ces enveloppes interne et externe 10, 11 étant réunies par un fond de chambre 12 sur lequel est rapporté un dispositif de mélange air/carburant 13 (également appelé « dispositif d’injection ») pour chacun des injecteurs 3. La tête de pulvérisation 5 de l’injecteur 3 est rapportée sur le dispositif de mélange air/carburant 13. La chambre 2 comprend en outre un déflecteur interne 14 et un déflecteur externe 15 coaxiales et disposés en amont du fond de chambre 12. Les déflecteurs interne et externe 14, 15 s’étendent respectivement de manière continue avec l’enveloppe interne 10 et l’enveloppe externe 11. Les déflecteurs interne et externe 14, 15 définissent entre eux une enceinte 16 ouverte vers l’amont via une ouverture 17. La chambre 2 est alimentée en air via un flux d’alimentation F provenant du ou des compresseurs et traversant successivement l’ouverture 17 puis des conduits d’alimentation 18 pratiqués dans le dispositif de mélange air/carburant 13. Avantageusement, les conduits d’alimentation 18 se présentent chacun sous la forme d’une vrille, de manière à ce que l’air pénètre dans la chambre 2 en tourbillonnant. Selon les modes de réalisation illustrés sur les figures, la chambre 2 est alimentée en carburant via plusieurs injecteurs 3 répartis de manière régulière autour de l’axe C. Pour des raisons de clarté, seul un injecteur 3 est représenté sur les figures. Tel qu’indiqué ci-dessus, selon l’invention, la paroi 7 de la première voie d’écoulement 6 est poreuse et comprend une pluralité de pores débouchant chacun sur les peaux intérieure et extérieure 8, 9, les pores étant configurés pour permettre l’écoulement de larmes de carburant depuis la peau intérieure 8 jusqu’à la peau extérieure 9. Une telle paroi suinte, et autrement dit laisse s’écouler des larmes de carburant depuis la peau intérieure jusqu’à la peau extérieure via les pores. Une fois arrivé sur la peau extérieure, les larmes de carburant s’évaporent du fait des fortes températures de l’environnement extérieur. Cette transformation des larmes de carburant de l’état liquide à l’état gazeux est obtenue par l’absorption d’une quantité de chaleur de l’environnement extérieur. Cette absorption de chaleur entraine par voie de conséquence un refroidissement de la peau extérieure, et de manière plus générale de la paroi. Les larmes de carburant permettent ainsi de refroidir la paroi (et notamment la peau extérieure) tout au long de l’utilisation de l’injecteur, et par conséquent d’abaisser la température du carburant ou tout du moins de freiner son augmentation. Les pores sont dimensionnés de manière à refroidir efficacement la paroi sans toutefois augmenter de manière significative la consommation en carburant de la turbomachine. Avantageusement, chacun des pores présente une section dont une dimension maximale est comprise entre 3 µm et 20 µm. Un tel dimensionnement des pores permet de refroidir efficacement l’injecteur sans toutefois influer significativement sur la consommation en carburant de la turbomachine. Les pores peuvent avoir des caractéristiques géométriques (forme, orientation, etc.) et dimensionnelles égales. Au contraire, en fonction des besoins de refroidissement de la zone considérée, par exemple plus ou moins proche de la chambre 2, chaque pore peut avoir des caractéristiques géométriques (forme, orientation, etc.) et dimensionnelles spécifiques. Avantageusement, l’injecteur 3 comprend un élément de guidage 19 disposé autour de la peau extérieure 9 de la paroi 7, l’élément de guidage 19 étant distant de la peau extérieure 9 et configuré pour guider les vapeurs de carburant issues de l’évaporation des larmes de carburant en direction de la tête de pulvérisation 5. Les vapeurs de carburant sont guidées en direction de la tête 5 afin d’être injectées dans le flux d’alimentation F. L’injection des vapeurs de carburant peut être effectuée dans l’enceinte 16 et/ou dans le dispositif de mélange air/carburant 13 et/ou dans la chambre 2. Les vapeurs de carburant permettent d’améliorer la combustion au sein de la chambre 2. L’injecteur 3 peut comprendre un écran thermique et/ou une barrière thermique disposés autour de l’élément de guidage 19. L’écran thermique peut se présenter sous la forme d’une tôle de protection ou d’une lame d’air. La barrière thermique peut se présenter sous la forme d’un revêtement. Le corps 4 de l’injecteur 3 peut comprendre une seconde voie d’écoulement de carburant 20 indépendante de la première voie d’écoulement 6, la seconde voie d’écoulement 20 étant disposée à l’intérieur de la première voie d’écoulement 6. De la même manière que la première voie 6, la seconde voie d’écoulement 20 s’étend jusqu’à la tête de pulvérisation 5. La première voie 6 peut être utilisée pour alimenter la chambre 2 lors des phases de décollage et de croisière. La seconde voie 20 peut être utilisée pour alimenter la chambre 2 lors des phases d’allumage et d’enroulement. Les première et seconde voies 6, 20 peuvent alimenter la chambre 2 ensemble ou séparément. La paroi 7 de l’injecteur 3 (et plus généralement l’injecteur 3) peut être par exemple obtenue par frittage ou par fabrication additive (prototypage rapide). De tels procédés permettent de fabriquer des pièces aux formes complexes. La paroi 7 de l’injecteur 3 (et plus généralement l’injecteur 3) doit être réalisé dans un ou plusieurs matériaux résistants au fortes chaleurs. La paroi 7 de l’injecteur 3 (et plus généralement l’injecteur 3) est par exemple réalisée en alliages de nickel. De tels alliages sont par exemple commercialisés sous la marque Hastelloy ® ou Inconel ®. L’injecteur 3 comprend un doseur de carburant 21 (ou dispositif de régulation du carburant) raccordé au moins à la première voie d’écoulement 6, le doseur 21 étant configuré pour doser au moins le carburant s’écoulant dans la première voie d’écoulement 6. Dans le cas où le corps 4 comprend une seconde voie 20 telle qu’explicitée précédemment, le doseur 21 est configuré pour doser le carburant s’écoulant dans les première et seconde voies 6, 20. L’injecteur 3 peut comprendre une bride de fixation 22 à une extrémité du cops opposée à la tête de pulvérisation 5. Une telle bride de fixation 22 permet par exemple de fixer l’injecteur 3 à un carter s’étendant autour de la chambre 2. Selon les modes de réalisation illustrés sur les figures, le corps 4 de l’injecteur 3 présente une section circulaire et est coudé vers l’aval de manière à traverser l’ouverture 17. La tête 5 présente également une section circulaire et est rapportée dans un trou central du dispositif de mélange air/carburant 13. L’injecteur 3 comprend un élément de guidage 19 tel qu’explicité précédemment. L’élément de guidage 19 est de forme complémentaire au corps 4 de l’injecteur 3, et plus précisément à la peau extérieure 9 du corps 4 de l’injecteur 3. L’élément de guidage 19 comprend un orifice d’évacuation 23 des vapeurs de carburant dans le flux d’alimentation F. L’orifice d’évacuation 23 est disposé autour de la tête de pulvérisation 5 de l’injecteur 3. Les vapeurs de carburant sont ici injectées dans l’enceinte 16 et en amont du dispositif de mélange air/carburant 13. Les vapeurs de carburant sont aspirées par le flux d’alimentation F. Selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1, le corps 4 comprend uniquement une première voie d’écoulement de carburant 6. La première voie 6 présente une section circulaire. La première voie 6 découche ici dans la chambre 2 via un orifice d’injection 24 pratiqué dans la tête de pulvérisation 5. Le doseur 21 est ici configuré pour doser le carburant s’écoulant dans la première voie 6. Selon le second mode de réalisation illustré sur la figure 2, le corps 4 comprend une première voie d’écoulement de carburant 6 (ou voie extérieure) et une seconde voie d’écoulement de carburant 20 (ou voie intérieure) indépendante de la première voie d’écoulement 6. Tel qu’explicité précédemment, la seconde voie 20 est disposée à l’intérieur de la première voie 6. La seconde voie 20 est délimitée par une cloison 25. La première voie 6 présente une section annulaire, le carburant s’écoulant entre la cloison 25 et la paroi 7. La seconde voie 20 présente une section circulaire, le carburant s’écoulant à l’intérieur de la cloison 25. Le doseur 21 est ici configuré pour doser le carburant s’écoulant dans les première et seconde voies 6, 20. Les première et seconde voies 6, 20 découchent ici chacune dans la chambre 2 via un orifice d’injection 24 pratiqué dans la tête de pulvérisation 5. Injecteur (3) pour une turbomachine (1) comprenant un corps (4) allongé délimité par une tête de pulvérisation (5), le corps (4) comprenant au moins une première voie d’écoulement de carburant (6) s’étendant jusqu’à la tête de pulvérisation (5), la première voie d’écoulement (6) étant délimitée par une paroi (7) présentant une peau intérieure (8) et une peau extérieure (9), caractérisé en ce que la paroi (7) est poreuse et comprend une pluralité de pores débouchant chacun sur les peaux intérieure et extérieure (8, 9), les pores étant configurés pour permettre l’écoulement de larmes de carburant depuis la peau intérieure (8) jusqu’à la peau extérieure (9). Injecteur (3) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des pores présente une section dont une dimension maximale est comprise entre 3 µm et 20 µm. Injecteur (3) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’injecteur (3) comprend un élément de guidage (19) disposé autour de la peau extérieure (9) de la paroi (7), l’élément de guidage (19) étant distant de la peau extérieure (9) et configuré pour guider les vapeurs de carburant issues de l’évaporation des larmes de carburant en direction de la tête de pulvérisation (5). Injecteur (3) selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’injecteur (3) comprend un écran thermique et/ou une barrière thermique disposés autour de l’élément de guidage (19). Injecteur (3) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (4) de l’injecteur (3) comprend une seconde voie d’écoulement de carburant (20) indépendante de la première voie d’écoulement (6), la seconde voie d’écoulement (20) étant disposée à l’intérieur de la première voie d’écoulement (6), la seconde voie d’écoulement (20) s’étendant jusqu’à la tête de pulvérisation (5). Injecteur (3) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi (7) de l’injecteur (3) est obtenue par frittage ou par fabrication additive. Injecteur (3) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’injecteur (3) comprend un doseur de carburant (21) raccordé au moins à la première voie d’écoulement (6), le doseur (21) étant configuré pour doser au moins le carburant s’écoulant dans la première voie d’écoulement (6). Injecteur (3) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’injecteur (3) comprend une bride de fixation (22) à une extrémité du cops opposée à la tête de pulvérisation (5). Ensemble comprenant une chambre de combustion (2) et un injecteur (3) selon l’une des revendications précédentes, la chambre de combustion (2) comprenant une enveloppe annulaire interne (10) et une enveloppe annulaire externe (11) réunies par un fond de chambre (12) sur lequel est rapporté un dispositif de mélange air/carburant (13), la tête de pulvérisation (5) de l’injecteur (3) étant rapportée sur le dispositif de mélange air/carburant (13). Turbomachine (1) comprenant un ensemble selon la revendication 9 ou un injecteur (3) selon l’une des revendications 1 à 8.