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" Perfectionnements apportés aux dispositifs de dom- bustion, destinée à fonotionner dans des courants d'air à vitesse élevée.''
La présente invention est relative à des dispositifs de combustion pour des combustibles gazeux ou liquides ; et elle concerne, plus spécialement, ceux qui doivent pouvoir fonctionner dans des conditions pour lesquelles la combustion doit être entretenue par un courant gazeux, s'écoulant rapidement dans un conduit et à une vitesse élevée telle qu'il risque d'éteindre les flammes.
Alors que l'invention, comme on pourra s'en rendre compte par les détails donnés ci-après, peut être appliquée pour un domaine plus large, elle s'applique tout particu- lièrement et, pour le moment, on admet que son utilité est la plus grande pour des appareils à combustion dans lesquels
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des problèmes spéciaux se présentent par suite de la nécessité de devoir supporter une combustion continue à l'aide d'un courant gazeux qui s'écoule à une vitesse élevée et avec un grand débit massif comme, par exemple, pour des installations motrices avec turbines à gaz ou autres moyens pour obtenir une propulsion par jet ou par réaotion ou pour des turbines à gaz utilisées pour d'autres usages.
L'expression "vitesse élevée", utilisée dans les présentes comme qualificatif d'un courant gazeux destiné à entretenir une combustion, signifie que la vitesse moyenne du gaz, dans la direction générale d'écoulement à travers une zone de combustion et oalculée à l'aide de la valeur du volume d'air qui passe par unité de temps par la section transversale du conduit dans lequel s'éooule ce gaz, est notablement plus élevée que la vitesse de la propagation de la flamme dans le mélange combustible/gaz à considérer.
Pour des hydrocarbures combustibles, qui brûlent dans de l' air, on admet que la vitesse de la propagation de la flamme est de l'ordre de 30 om par seconde à la température at- mosp hé ri que .
L'invention convient, d'autre part, tout spéoialement à des appareils de combustion pour des turbines à gaz et/ou des installations motrices pour la propulsion par jet ou réaotion, dans lesquelles la vitesse du courant d'air, dans la direction générale d'écoulement dans une zone de combustion et calculée de la manière susindiquée; peut être d'un ordre aussi réduit que 3 mètres par seconde et aussi élevé que 100 mètres par seconde et même davantage suivant lescirconstances.
Pour ces dispositifs à oombustion, pour lesquels se présentent des vitesses de l'ordre susindiqué, le courant gazeux doit être diffusé pour que la combustion puisse être
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effectivement entretenue. Il a donc été d'usage de se servir d'un diffuseur ayant une longueur substantielle et qui est monté en série par rapport à l'entrée du dispositif et la zone de combustion ce qui implique, nécessairement, que la longueur et le poids de l'appareil sont excessivement importants. Cette difficulté est sérieuse pour des installations motrices, plus spécialement oelles montées à bard d'avions, du genre de oelles comprenant une turbine à gaz alimentée avec de l'air par un oompresseur et par l'intermédiaire d'un dispositif à combustion.
Dans ce ces il est d'usage de procéder à une diffusion supplémentaire de l'air débité par le oompresseur et avant que cet air puisse pénétrer dans la zone de combustion. Comme, dans ce oas, le dispositif de oombustion est généralement établi suivant un anneau autour de l' axe commun du compresseur et de la turbine, l'augmentation en poids pour un accroissement réduit de la longueur est très disproportionnée.
L'invention a pour but de réduire la longueur totale des dispositifs néoessairesà la diffusion et à la combustion, comparativement à oelle des dispositifs de oombustion connus.
Bien que l'origine de l'invention soit basée sur la satisfaction des besoins des installations avec turbine à gaz du genre spécifié et que son application convienne principelement à de telles installations, on peut l'appliquer également dans d'autres cas pour lesquels des problèmes analogues se présentent en vue de réduire la longueur d'un dispositif de combustion même dans le cas où le oompresseur n'existe pas.
L'invention permet d'atteindre ce but tout en essayant d'obtenir et d'entretenir une combustion stable, non seulement dans le cas d'un oourant gazeux à vitesse élevée mais également pour des rapports air-combustible élevés, des vitesse importantes pour l'injection du combustible et des
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pertes de pression ou de charge réduites, tous ces desiderata entrant aussi en ligne de compte pour des installations avec turbines à gaz et avec jets de propulsion.
On admettra, dans ce qui suit, qu'un dispositif de combustion,réalisé selon l'invention, néoessite fondamentalement l'intervention d'un conduit pour l'écoulement du courant d'air ou de tout autre gaz, par lequel la combustion doit être entretenue, et d'une ohambre de combustion, établie dans ce conduit et qui définit une zone dans laquelle se fait une combustion tout au moins initiale.
L'invention a donc pour objet un dispositif de combustion dans lequel la combustion est entretenue par un oourant gazeux qui s'éooule, à une vitesse élevée, dans un conduit dans lequel une zone pour une combustion, tout au moins initiale, est définie par une ohambre de oombustion, caractérisé par le fait que l'on fait empiéter la zone de combustion, dans la direotion générale du courant gazeux, sur le diffuseur prévu dans le conduit par lequel passe au moins une partie du courant gazeux destiné à entretenir la combustion, le diffuseur comportant des tuyères diffusantes, construotivement distinctes de la chambre de combustion et du conduit qui l'entoure et qui sont propres à reoevoir le gaz depuis la source de oelui-oi et à diffuser oelui-oi, d'une manière réglable,
suivant les oonditions de fonotionnement avant de le débiter dans un prolongement du conduit en aval de la limite d'amont de la zone de combustion.
Un cas particulier, auquel l'invention peut être appliquée avec avantage, est celui d'une installation motrioe avec turbine à gaz et pour laquelle le fluide moteyr de la turbine est fourni par un compresseur (plus spécialement un compresseur oentrifuge) et qui comprend plusieurs sorties débitant dans un dispositif de combustion comportent des chambres de combustion dont le nombre est plus petit
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que celui desdites sorties, ces chambres étant reparties le long d'une circonférence enta aval des sorties du oompresseur.
Suivant une caractéristique de l'invention on loge, dans ce cas, les chambres de combustion dans une boite à air annulaire et commune qui forme la sortie principale, ou unique, pour ces chambres de combustion alors que les sorties du oompresseur sont réunies, par paires, par des tuyères de diffusion dont chacune comprend deux passages diffuseurs reliés entre-eux sous forme d'un V pour constituer ainsiune sortie commune ou les sorties adjaoentes étant séparées par une oloison et étant agencées de manière telle que chaque paire de passages diffuseurs puisse reoevoir le débit de deux sorties adjacentes du compresseur, lesdites tuyères étant prolongées en aval jusque dans les intervalles formés entre des chambres de combustion adjacentes.
Dans ce cas on peut prolonger les extrémités amont des chambres de combustion jusqu'à proximité de la face arrière du compresseur de maniè- re telle que, virtuellement, on n'ait pas à faire intervenir une longueur additionnelle pour la diffusion du débit du oompresseur après que les gaz ont quitté oelui-oi.
Les caractéristiques susdites de l'invention peuvent être utilisées, avec avantage, en combinaison aveo celles spécifiées dans le brevet Belgique N 463.581, déposé le ler mars 1946 au même nom et sous le titre: "Perfectionnements apportés aux brûleurs pour oombustibles liquides ou gazeux", ces dernières caractéristiques pouvant être agencées de manière à satisfaire aux desiderata de l'invention en oonstituant la ohambre de oombustion, à son extrémité amont, douanière qu'une partie seulement d'un oourant gazeux pénètre dans le conduit en un ou plusieurs endroits et dans la partie interne, dans le sens radial, d'un jet de combustible dirigé vers l'amont dans la région qui délimite, en amont, la chambre de oombustion.
Les dessins oi-annexés montrent, à titre d'ex- empl.e, un mode de réalisation de l'invention.
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La fig. 1/ montre, en vue de côté, une installation motrice avec turbine à gaz et qui comporte un dispositif de combustion établi selon l'invention, la zone de combustion étant montrée en coupe diamétrale et brisée selon 1-1 fig. 2 alors que les parties, correspondant respectivement au compresseur et à la turbine, sont indiquées seulement en speotre.
Les figs. 2 et 3 montrent, respeotivement en deux demi-coupes selon II-II fig. 1 et selon III-III fig. 1, cette même installation.
Ma fig. 4 montre, en coupe, la partie Supérieure et de gauche du dispositif de combustion de la fig. 1 mais pour laquelle l'injection du combustible se fait suivant une variante.
Pour l'exemple montré, on applique l'invention a une installation motrice aveo turbine à gaz et servant à une propulsion par jet ou réaction, dans laquelle un compresseur centrifuge 1, à plusieurs étages, débite dans une zone de combustion 2 qui fournit du fluide moteur à une turbine 3 débitant un jet propulseur 'par un conduit 4. Le compresseur, la zone de combustion et la turbine sont disposés coaxialement et symétriquement par rapport à un arbre 5 par lequel la turbine entraine le compresseur.
L'arbre 5 oomporte un palier intermédiaire 6, logé dans la paroi d'amont du carter du compresseur, un palier avant 7 logé dans un croisillon 8, fixé par ses extrémités (pour des raisons de rigidité) par des entretoises 9) à la paroi d'amont du carter du oompresseur, et un palier arrière 10 logé dans un support transversal 11, en forme de poutre, dont les extrémités libres sont recourbées vers l'avant pour pouvoir être fixées à une enveloppe rigide 12 qui s'étend radialement vers l'extérieur depuis le dispositif comprenant la ou lestuyères de la turbine.
Le conduit 4, pour le jet propulseur, forme un anneau fermé, à son extrémité d'amont, pour pouvoir recevoir les gaz débités
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par la turbine mais ils sont subdivisés en deux branches qui passent de part et d'autre du support 11 pour former deux orifices par lesquels s'échappent les jets.
Le dispositif de combustion 2 comprend un conduit d'air et annulaire formé par une botte à air avec paroi extérieure 13 et une paroi tubulaire intérieure 14 qui entoure: , l'arbre 5 et qui est reliée rigidement, à ses extrémités, aux parties fixes du compresseur et de la turbine. La paroi tubulaire 14 est en même temps agencée de manière à constituer l'élément principal pour supporter les sollicitations ou fatigues et qui sert à relier le oompresseur à la turbine.
L'anneau ainsi formé sert de logement à plusieurs chambres de combustion tubulaires 15 et pour l'exemple montré ces chambres sont au nombre de Six. Chacune de ces chambres est supportée, à son extrémité amont, par les raccords 16 d'un gicleur 17 pour l'injeotion du combustible et à son extrémité aval elle est engagée librement dans un manchon 18, pour pouvoir se dilater dans le sens de la longueur. Le manohon 18 délimite une ouverture oirculaire ménagée dans une paroi annulaire 19 en forme de diaphragme. La face externe du manchon 18 de chaque ouverture forme un siège pour l'extrémité amont d'un oonduit de sortie 20 qui, vers l'aval, forme une partie d'un siège annulaire pour la tuyère de la turbine.
L'ensemble des sorties 20 constitue un anneau pour ainsi dire complet et qui correspond à celui de la tuyère de la turbine.
Le compresseur débite par plusieurs sorties 21, le nombre de ces sorties étant deux fois plus grand que celui des chambres de combustion 15 et ces sorties étant réunies par paires par des tuyères de diffusion qui comportent chaoune deux passages diffuseurs 22a et 22b qui se réunissent sous forme de V pour constituer une sortie unique. Les tuyères peuvent également former une sortie unique en étant subdivisées par des cloisons, si nécessaire, pour des raisons aérodynamiques. Chaque tuyère de diffuseur 22a - 22b forme
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un ensemble distinct de la partie restante de la oonstruotion et elle est fixée par boulons à la paroi arrière du compresseur de manière qu'elle s'étendre longitudinalement entre deux chambres de oombustion adjacentes 15 et puisse débiter dans la zone aval de la boite à air.
Les passages accouplés 22a - 22b ont, évidemment, une section transversale appropriée pour que l'on obtienne la diffusion progressive nécessaire (la seotion transversale passant, dans ce cas et régulièrement, depuis la forme reoten- gulaire à une forme oiroulaire) et la botte à air est ainsi remplie aveo de l'air sous pression qui peut pénétrer dans les chambres de oombustion par des séries d'orifioes 23, es- paoés dans le sens axial, qui occupent des emplacements convenables par rapport auxdites chambres et par lesquels l'air admis est convenablement proportionné entre les différentes zones qui correspondent, respectivement, à une combustion primaire et à une combustion secondaire et aux étages de mélange.
Dans le diaphragme 18 sont ménagées des ouvertures 24 et on a prévu un intervalle annulaire 25 par lequel se fait l'entrée d'air de refroidissement dans l'espace entourant les sorties 20 qui, à leur tour et si on le désire, peuvent comporter une entrée d'air supplémentaire pour le fluide moteur chaud.
Pour l'exemple, montré sur la fig.1, l'objet de l'invention est combiné avec celui du brevet Belgique N 463.581 dont question plus haut, l'injection du combustible se faisant dans une direction orientée vers l'amont (oonsi- dérée par rapport à l'écoulement général du fluide) derrière une cloison 26 établie en amont par rapport au gioleur d'injection 17 du combustible et qui l'isole par un écran du courant d'air en étant constitué de manière à diriger une partie seulement de l'alimentation d'air principal, en un ou plusieurs endroits, vers une région interne, dans le sens
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radial, du jet de oombustible.
Cette cloison 26 peut, par exemple et comme montré, avoir la forme d'un oône dont le sommet est dirigé vers le gioleur de combustible 17 et dans lequel sont ménagées des ouvertures 27 pour permettre une entrée prédéterminée d'air comburant dans la région interne du jet de combustible.Cette cloison 26 forme, en même temps, l'extrémité amont de la chambre de combustion tubulaire 15 de manière que la masse principale d'air soit obligée à s' écouler dans la région extérieure, dans le sens radial, par rapport au jet de combustible en étant écartée de la flamme dans la direotion aval. On peut ainsi exploiter au maximum la possibilité, obtenue par l'utilisation des tuyères de diffusion 22a - 22b, pour mettre l'extrémité amont de chaque chambre de combustion à proximité de la paroi arrière du oompresseur:
De plus, l'utilisation de ces tuyères permet également d'avoir recours à une injection de combustible vers l'aval et d'une manière plus conventionnelle, comme montré sur la fig. 4, sans qu'il en résulte un allongement appréciable, dans le sens axial, du dispositif de combustion.
Il est à noter que, dans chaque cas, la combustion peut se faire dans ce qu'on considérerait, sans cela, être exclusivement une zone de diffusion ce qui permet de réduire la longueur totale de l'ensemble et de réaliser, par conséquent, une économie dans l'encombrement et dans le poids de cet ensemble.
REVENDICATIONS.
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