BE461566A - - Google Patents

Description

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  " Perfectionnements apportés aux appareils de combustion.". 



   La présente invention est relative à des appa- reils de combustion pour brûler un combustible fluide dans un courant d'air; et elle concerne plus particulièrement (mais non exclusivement) un dispositif pour braler un com- bustible liquide et sous pression dans un engin moteur ou propulseur comprenant un compresseur et une turbine à gaz. 



   L'objet de l'invention peut s'appliquer aveo avantage à un tube de flamme faisant partie d'une unité mo- trice qui sert à la propulsion d'un aéronef, par exemple, et qui comprend un compresseur d'air, plusieurs chambres de      combustion alimentées par ,celui-ci et une turbine à gaz en- -1- 

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 traînant le compresseur, d'une manière continue, par de l'é- nergie fournie par les produits de la combustion. Dans des   @   machines de ce genre, on peut admettre que chaque chambre de combustion est constituée par une chambre cylindrique extérieure dans laquelle l'air pénètre à une extrémité et par un tube de flamme intérieur, ayant un diamètre moindre et dans lequel l'air pénètre depuis l'intervalle annulaire existant entre la chambre extérieure et le tube de flamme intérieur.

   Ce dernier débite par une extrémité et suivant une direction sensiblement axiale. 



   L'obtention d'une combustion efficace, pour une large zone de variations de la richesse du mélange et dans les conditions de fonctionnement variées, constitue, en elle- même, un problème technique difficile quand on veut tenir compte des limitations de volume, des vitesses élevées de l'air et si l'on veut éviter les dép8ts de carbone et des chauffages locaux excessifs. On a également constaté qu'il est désirable que la stratification des gaz à la sortie   (c'es   à-dire des variations importantes de la température sur l'é- tendue d'une tranche du courant) soir réduite au minimum. 



   Il est d'usage de considérer le courant d'air, passant dans un tube de flamme, comme étant constitué par deux ou même trois genres différents. L'air "primaire" est la partie, de l'ensemble du courant total passant par le tu- be, qui est nécessaire pour effectuer la combustion pour tou- tes les conditions de fcnctionnement; l'air "secondaire" est la partie restante ou la proportion qui est nécessaire pour effectuer la combustion complète et qui agit comme diluant, et l'air"tertiaire", s'il existe, est principalement de l'air agissant comme diluant. L'air diluant est, évidemment, celui qui est en excès sur l'air nécessaire à la combustion mais qui doit être chauffé pour permettre le fonctionnement de l'u- nité motrice ou pour d'autres buts. 

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   La présente invention concerne, en réalité, un forme d'un tube de flamme qui, en   pratique::   a donné toute satisfaction, qui est d'un usage raisonnablement prolongé, facile à construire et qui est léger. Un but fonctionnel, poursuivi par l'invention, réside dans le fait que l'on veut obtenir un équilibre correct entre les courants d'air pri- maire, secondaire et tertiaire et que l'on veut pouvoir con- trôler ces courants de manière que leur distribution soit favorable à la combustion. En particulier, on a constaté par expérience que la disposition permet une vaporisation   compl-   te du combustible injecté sans que celui-ci soit exposé à un refroidi ssement. 



   L'invention consiste, principalement, à consti- tuer le tube de flamme, faisant partie des appareils du gen- re en question, par un corps tubulaire dont une extrémité est ouverte pour la sortie des   prdduits   de combustion et dont l'autre extrémité est fermée, excepté aux endroits où sont percès de petitstrous, des moyens étant prévus pour intro- duire du combustible dans le tube dans la   régmon   voisine de son extrémité fermée,'la paroi du tube dans cette région (dans laquelle se produit la combustion primaire) comprenant des ouvertures auxquelles sont adjoints des moyens directeurs d'air vers l'intérieur du tube suivant une direction tan- gentielle alors que d'autres ouvertures sont ménagées dans la paroi du tube, plus près de l'extrémité ouverte de celui- ci,

     auxquelles   on adjoint également des moyens directeurs d'air afin que cet air puisse également pénétrer dans le tube suivant une direction tangentielle. Le combustible est, de préférence-, du combustible liquide injecté dans la région voisine de l'extrémité fermée. Les moyens directeurs d'air sont principalement établis à l'extérieur de l'alésage du tube et leur fonction est d'obliger l'air admis à se dépla- cer, dans l'alésage,   suivant.un   tourbillon. Les ouvertures      avec leurs moyens directeurs d'air pour l'une quelconque des 

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 régions du tube; axialement définie, sont disposées suivant un cercle ou suivant une série d'anneaux et elles sont régu- lièrement espacées dans le sens circonférentiel.

   A côté des      ouvertures avec moyens directeurs d'air, on prévoit de pré- férence, d'autres ouvertures qui sont des trous ordinaires établis principalement du côté de l'extrémité ouverte du tu- be. Les moyens directeurs d'air, dans une région axialement définie peuvent être orientés en sens inverse, dans le sens transversal du tube, par rapport à ceux d'une région adjacen- te, c'est-à-dire plus en amont ou en aval. Les moyens direc- teurs d'air peuvent être constitués par les aubes de section transversale rectangulaire et qui convergent vers la direc- tion du courant d'air, ces aubes étant avantageusement for- mées à l'aide de tôles.

   La longueur suivant laquelle les moyens directeurs d'air font saillies à l'intérieur du tube est réduite et l'importance de ces saillies est telle qu'el- les ne gênent pas, d'une manière substantielle, l'écoulement de l'air dans le tube ce qui évite toute turbulence locale sérieuse causée par ces saillies. De plus, celles-ci sont ex- posées, au minimum, à être abimées par contact avec la flam- me ou avec les gaz chauds. 



   Les dessins ci-annexés montrent, à titre'd'exem- ple, un tube de flamme établi selon l'invention et sonmonta- ge dans une chambre de combustion. 



   La fig.l montre, en coupe axiale, un tube de flamme et les organes qui y sont adjoints ainsi que son mode de montage et de maintien. 



   La fig.2 montre, en perspective (parties en ceu- pe), l'aspect extérieur du tube de flamme. 



   La fig. 3 montre, en coupe et à plus grande échel- le, un des moyens directeurs d'air. 



   La fig.4 montre, en élévation, une unité motrice pour la propulsion par réaction d'un avion comme exemple d'un 

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 cas où l'invention peut être appliquée. 



   Sur la fig. 4, on a montré le rotor 22 d'un compres- seur centrifuge à double effet et qui aspire de l'air par les deux admissions 23. L'air comprimé est débité par des sorties 25, ménagées dans le stator 24 du compresseur, vers plusieurs chambres de combustion ou boites à air 1, reliées entre-elles et établies symétriquement en cercle autour de l'axe du   compre;   -seur 22. Chaque chambre 1 comprend un tube de flamme 8 dans lequel sont ménagées des ouvertures appropriées par lesquel- les de l'air est admis. Un brûleur 4 projette du   cbmbustible   sous pression, fourni par une source d'alimentation et par une pompe 26, dans le tube de flamme 8, le mélange gazeux é- tant allumé, par exemple, par une bougie électrique.

   Les pro- duits gazeux traversent ensuite des conduits coudés 5 jus- qu'au groupe de tuyères 6 d'une turbine 31, montée sur le mé- me arbre 32 que le rotor 22 du compresseur. Les gaz chauds entraînent ainsi la turbine 31 qui,   à   son tour, actionne le rotor 22 et les gaz, après avoir traversé la turbine 31, s'é- coulent dans un conduit annulaire   33   formé entre un carénage conique 34 et un tuyau 35, pour être évacués finalement dans l'atmosphère par la sortie 36 dudit tuyau 35 en formant ainsi un jet principal. 



   Le tube de flamme 8 est montré à plus grande échel le sur la fig.l. Chaque chambre de combustion est constituée par une paroi cylindrique 1 avec une entrée d'air 2, une ex- trémité de ce tube étant fermée par un fond semi-sphèrique 3 qui est traversé axialement par un brûleur 4 dont la fonction est d'injecter du combustible liquide à l'état atomisé. De l'intérieur de la chambre de combustion 1 part un conduit collecteur coudé 5 pour amener les produits de la combustion latéralement hors de cette chambre vers les tuyères 6 de la turbine à gaz"(fig.4). Le   condutt   latéral d'pir 7 part de la chambre de combustion 1   vers,fine   chambre voisine identique. 



    @   

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Coaxialement par rapport à la chambre 1 on loge dans celle-ci le tube de flamme 8. Celui-ci est constitué par un corps cylindrique, en tôle dont une extrémité 9 est . ouverte et emboîtée dans l'extrémité ouverte et voisine du conduit collecteur 5. l'autre extrémité du tube de flamme 8 est pratiquement fermée par un fond bombé 10 percé de petites ouvertures 11 disposées le long d'une circonférence. Le fond 10 comporte également une ouverture centrale et axiale dans laquelle est monté un manchon 4A, prolongé vers l'intérieur et dans lequel est logé le brûleur 4. A l'extérieur du fond 10 ast établi un écran tronconique 12 avec une ouverture centrale relativement grande.

   L'intervalle entre les organes 10 et 12 fait fonction de passage distributeur pour amener de l'air à l'entrée 13 d'aubes directrices 14 pour l'air, qui sont disposées en cercle ou suivant des séries circon férentielles en étant uniformément espacées autour du tube de flamme, la direction de ces aubes étant tangentielle. 



  Quand l'air, qui pénétre par les aubes 14, arrive à l'inté- rieur ou dans l'alésage du tube de flamme 8, il forme un courant de nature tourbillonnaire et il est à noter que cet air, en se mélangeant au combustible injecté, brûle dans la région de l'extrémité fermée du tube de flamme, cette com- bustion se faisant avec un mélange, relativement riche et étant auto-entretenue au cours de toutes les conditions opé- ratoires en constituant la combustion primaire. La combustion se poursuit d'elle-même, principalement à cause du tourbil- lonnement qui donne lieu à un reflux du courant sur   lui-mé-   me ou à la formation d'un noyau inversé par lequel une cer- taine partie de la flamme reste toujours entretenue dans la région où se fait l'injection du combustible.

   Au délà de la région de combustion primaire on ménage des ouvertures dans la paroi du tube de flamme pour l'introduction de l'air se- condaire . Certaines de ces ouvertures sont constituées, sum- 

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 plement, par des trous ordinaires 15 repartis sur une me- me circonférence alors que d'autres ouvertures 16 et 17 com- portent des aubes directrices 16A et 17A pour l'air. Les ou- vertures 16 sont disposées en cercle et on a trouvé avanta- geux d'orienter leurs aubes 16A en sens inverse par rapport aux aubes 14. Les aubes 17A sont également disposées en cer- cle et écartées axialement des aubes 16A tout en étant égale- ment dirigées en sens inverse, c'est-à -dire dans le même sene que les aubes 14.

   Les dernières ouvertures, prévues en aval, sont des trous 18, un peu allongés, car on a constaté que cette forme est la plus avantageuse pour l'introduction de l'air tertiaire dans cette région. 



   Le tube de flamme, dont l'extrémité ouverte 9 est supportée de manière que tout mouvement soit empêché à l'exception de son mouvement axial à cause de l'embottement, est supporté à son extrémité fermée de diverses manières qui peuvent être utilisées simultanément ou séparément. Dans cer- tains cas on peut la supporter et la maintenir par le brû leur 4 ou par toute autre monture tubulaire de ce brûleur, telle que le manchon 4A. Elle peut également être supportée par la bougie d'allumage, telle que 19 et dans le cas où la cham bre de combustion ne comporte pas de bougie, celle-ci peut être remplacée par un organe factice analogue.

   Elle peut aussi être supportée par un organe   tubulaire ,20   qui forme une dérivation entre l'intérieur du tube de flamme 8 et un tube de flamme adjacent et analogue, logé dans la chambre de combustion voisine. On voit que la dérivation 20 est lo- gée dans le conduit 7 et elle peut être supportée dans ce- lui-ci par une plaque perforée 21 intercalée dans un joint d'assemblage du conduit 7. 



   La forme générale des aubes est montrée sur la fig.3. Le passage d'air,   délimité   par l'aube, converge vers l'écoulement. de l'air et la pièce, constituant cette aube, -7- 

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 est établie surtout à l'extérieur de l'alésage du tube de flamme. La saillie interne et unique est inclinée par rapport à la direction du tourbillon   des:gaz   dans le tube de flamme      et est refroidie d'une manière appropriée par le courant   d'air   traversant l'aube. Il en résulte que la pièce ne risque pas d'être abimée par la combustion et qu'elle ne peut guère fa- voriser la formation d'une turbulence locale importante dans l'alésage.

   Les aubes 14 diffèrent de celle montrée sur la fig. 3, par le fait que l'entrée d'air est disposée d'une ma- nière un peu différente comme bien visible en 13 sur la   fig.2   
Il   @@   résulte ¯de ce qui précède   qne   le tube de flamme peut être monté, d'une seule pièce, dans la chambre de combustion 1 avant l'assemblage final et qu'il est suppor- té suffisamment dans   celle-ci pour   que la chambre avec son tube puisse être assemblée ainsi   ux   autres pièces. En géné- ral et pour autant qu'i] s'agisse du tube de flamme lui-même, l'extrémité fermée est considérée comme étant le bout amont et l'extrémité ouverte 9 le bout aval. 



    REVENDICATIONS.   

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. --------------- EMI8.1 1.- Un tube de flamme pour un appareil de com- / bustion comprenant un corps tubulaire, dont une extrémité est ouverte pour la sortie des produits de combustion et dont l'autre extrémité est fermée excepté aux endroits où sont percés des petits trous, du combustible étant introduit dans le tube dans la région voisine de son extrémité fermée et la paroi du tube, dans cette région (dans laquelle se produit la combustion primaire), comprenant des ouvertures auxquelles sont adjoints des moyens directeurs d'air vers l'intérieur du tube suivant une direction tangentielle alors que l'autres ouvertures sont ménagées dans la paroi du tube, Ll/15 plus près de l'extremrtë ouverte de celui-ci,

   auxquelles en adjoint <Desc/Clms Page number 9> EMI9.1 également des moyens directeurs d'air afin que cet air puis- se également pénétrer dans le tube suivant une direction tan- gentielle.

   2.- Un tube de flamme pour un appareil de com- bustion comprenant un corps tubulaire dont une extrémité est ouverte pour la sortie des produits de combustion et dont l'autre extrémité est fermée, excepté aux endroits où sont , 1 ,1 e. 1 I/;ne- ./ . percés de petite trous, des moyens étant prévus pour injec- 1 ter du combustible liquide dans la région de son extrémité fermée dans laquelle, d'autre part, de l'air est introduit par des ouvertures ménagées dans la paroi du tube et auxquel- les on adjoint des moyens directeurs d'air, établis princi- palement en dehors de l'alésage du tube, pour obliger cet i air à se déplacer, dans l'alésage, suivant un tourbillon, l'agencement étant, de plus, tel que de l'air, puisse être introduit par d'autres ouvertures ménagées dans une région située plus en aval, dans la paroi du tube,

   certaines de ces ouvertures comprenant des moyens directeurs d'air, établis principalement à l'extérieur de l'alésage du tube, pour obli- ger l'air, admis par ces ouvertures, à effectuer un mouvement tourbillonnant dans l'alésage.

   3.- Un tube de flamme tel que spécifié sub 2 pour lequel les ouvertures et les moyens directeurs d'air, y adjoint qui se trouvent dans une région quelconque et axialement dé- finie du tube, sont établies suivant un cercle ou suivant des séries circonférentielles, en les espaçant régulièrement sur une circonférence.

   4. - Un tube de flamme tel que spécifié sub 3, pour lequel on oriente les moyens directeurs d'air, adjoints à une série annulaire d'ouvertures, en sens inverse par rap- port à ceux adjoints à une série axialement adjacente.

   5. - Un tube de flamme selon une quelconque des revendications précédentes,;pour lequel on ménage des trous ordinaires dans la paroi du tube pour l'entrée radiale de -9- <Desc/Clms Page number 10> l'air, de même que des ouvertures auxquelles on adjoint des moyens directeurs d'air pour former un tourbillon, ces trous ordinaires étant établis lus près de l'extrémité ouverte que de l'extrémité fermée du tube.

   6. - Un tube de flamme selen une quelconque des revendications précédentes, qui comporte une dérivation tu- bulaire reliant son alésage, à proximité de son extrémité fermée, à l'alésage d'un tube voisin.

   7.- Un tube de flamme selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel on ménage une ouver- ture axiale dans son fond fermé peur y léger un brûleur, des petits trous étant ménagés dans ledit fond autour du brûleur pour l'entrée d'une faible quantité d'air.

   8.- Un tube de flamme selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel on constitue les moy- ens directeurs d'air par des aubes de section rectangulaire et qui convergent dans la direction de l'écoulement d'air.

   9.- Un tube de flamme selon l'une quelconque des revendications précédentes pour lequel on emboîte l'extr8- mité ouverte du tube de flamme dans un conduit collecteur pour former un joint coulissant ordinaire (cette extrémité du tube étant donc supportée par ce conduit), alors que dans la région de son extrémité fermée le tube est agencé de ma- nière à pouvoir être supporté par des organes qui lui procu- rent un emplacement positif et qui peuvent être constitués, si on le désire, par des dérivations vers d'autres tubes de flamme, et/ou une bougie d'allumage ou un organe inerte oc- cupant son emplacement, et /ou un brûleur monté axialement.

   10. - Un tube de flamme constitué et agencé de manière à pouvoir fonctionner en substance, comme indigué dans la description ci-dessus, en se référant aux dessins ci-annexés.