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Publication number: BE488386A
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Description


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  " Perfectionnements apportés aux dispositifs dtinjection de combustible pour moteurs à turbine à gaz ". 



   La présente invention a trait à des dispositifs d'in- jection de combustible pour moteurs à turbine à gaz. De tels 

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 moteurs comprennent normalement un système à compresseur, un équipement de combustion dans lequel du combustible est brûlé et un système à turbine qui mène le compresseur. Le système à turbine, outre qu'il mène un compresseur peut aussi fournir une source de force motrice à l'arbre, par exemple, dans l'applica- tion de tels moteurs pour la propulsion des aéronefs, il peut mener une hélice ou un ventilateur placé dans un conduit ;   une variante, dans une telle application, la force propulsive   peut être obtenue uniquement par suite de la vitesse de sortie élevée des gaz d'échappement dirigés vers l'arrière, le moteur fonctionnant comme une unité de propulsion par réaction. 



   Particulièrement lorsque de tels moteurs sont employés pour la propulsion des aéronefs, le débit de consommation du combustible varie entre des limites reculées, à savoir entre l'alimentation maximum pour la puissance maximum au niveau du sol et l'alimentation minimum du moteur au ralenti à une certai- ne altitude. Il était d'usage auparavant de prévoir dans les moteurs à turbine à gaz employés pour la propulsion des aéronefs un dispositif d'injection du combustible destiné à l'équipement de combustion, dispositif dans lequel le combustible est injecté à l'état atomisé, par un orifice atomiseur par lequel le combus- tible jaillit en venant d'une source de pression.

   Les ouvertu- res à combustible associées avec l'orifice atomiseur sont agen- cés de façon à impartir une certaine déflexion au combustible avant sa sortie de l'orifice de façon qu'il en jaillisse sous la forme d'un cône creux; dans certaines constructions connues et utilisées auparavant, deux séries séparées d'ouvertures à combus- tible étaient disposées en parallèle pour introduire le combus- 

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 tible dans une chambre de déflexion commune ayant un seul orifice atomiseur.

   Les brûleurs ou tuyères d'injection du com- bustible de cette espèce comportent des étranglements différents disposés dans les ouvertures   communiquant   avec la chambre de déflexion, et des soupapes appropriées étaient disposées dans le système afin de couper l'alimentation en combustible des dis- positifs d'étranglement les moins étranglés, grâce à quoi, dans les conditions ou l'écoulement est réduit, l'alimentation en combustible a lieu seulement par les dispositifs d'étrangle- ment les plus étranglés, maintenant ainsi une déflexion adéquate dans la chambre de déflexion avant la sortie du combustible par l'orifice atomiseur. 



   De cette façon, des améliorations ont été obtenues dans le champ total des limites atteintes par le brûleur ou la tuyère atomiseur afin d'obtenir une atomisation efficace pour la plupart des débits d'alimentation du moteur. 



   La présente invention vise toutefois à présenter une forme perfectionnée de brûleur ou tuyère d'injection qui amé- liore ou élargit encore le champ de l'atomisation efficace, per- mettant l'alimentation avec un courant maximum, c'est-à-dire, la pleine puissance au niveau du sol sans pressions d'alimen- tation en combustible excessives et assurant également l'atomisa- tion du combustible dans les conditions où le courant est réduit et particulièrement lorsque le moteur tourne au ralenti à une certaine altitude, maintenant le rendement de la combustion et réduisant la possibilité de l'extinction de la combustion. 



   Selon la présente invention, un dispositif d'injec- tion de combustible pour moteur à turbine à gaz comprend des 

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 orifices atomiseurs de combustible disposés coaxialement et alimentés par des chambres de déflexion séparées dans les- quelles le combustible est injecté par une ou plusieurs ouver- tures impartissant une déflexion rotative au combustible dans les chambres dont la première est formée par un trou central de section entièrement circulaire limité par une paroi de section circulaire annulaire et se terminant à une extrémité par une ouverture de section entièrement circulaire coaxiale avec le- dit trou et formant l'orifice d'atomisation du combustible de ladite première chambre de déflexion,

   et dont la seconde cham- bre de déflexion a une section circulaire annulaire dont la paroi de délimitation intérieure est au moins en partie formée par ladite paroi annulaire et se termine par une ouverture mé- nagée dans la section circulaire coaxiale avec les chambres et formant l'orifice atomiseur du combustible de ladite secon- de chambre, les chambres de déflexion et les orifices atomi- seurs étant agencés de façon qu'un cône creux de combustible atomisé sortant de la première chambre de déflexion soit situé à l'intérieur du cône creux de combustible atomisé sortant de la seconde chambre de déflexion. 



   Selon une particularité de la présente invention, un dispositif d'injection du combustible pour moteur à turbine à gaz peut comprendre une paire d'orifices atomiseurs de combus- tible disposés coaxialement l'un par rapport à l'autre et alimen- tés par des chambres de déflexion coaxiales et séparées dans chacune desquelles le combustible peut être introduit par des ouvertures associées disposées de façon à impartir une déflexion rotative au combustible, la première desdites chambres étant 

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 formée par un trou central de section entièrement circulaire limitée par une paroi de section circulaire annulaire et se terminant à une extrémité par une ouverture de section entiè- rement circulaire coaxiale avec le trou et formant l'orifice atomiseur de la première chambre de déflexion,

   et la seconde desdites chambres de déflexion ayant une section circulaire an- nulaire dont la paroi intérieure est formée au moins en partie par ladite paroi annulaire et se terminant par une ouverture de section circulaire coaxiale avec les chambres, l'orifice ato-   miseur   de combustible de ladite première chambre de déflexion étant en arrière du plan de l'orifice atomiseur de la seconde chambre de déflexion et éjectant son pulvérin de combustible atomisé à travers l'orifice atomiseur de la seconde chambre de déflexion et lesdites chambres de déflexion et orifices atomi- seurs étant agencés de façon que le cône creux de combustible atomisé sortant de la première chambre de déflexion soit indé- pendant et se trouve à l'intérieur du cône creux de combusti- ble atomisé sortant de la seconde chambre de déflexion. 



   Dans de telles constructions, il est préférable que l'espace formant la première chambre de déflexion soit géomé- triquement un tronc de cône solide et que l'espace formant la      seconde chambre de déflexion soit géométriquement et sensible- ment un tronc de cône creux, et que les orifices atomiseurs des deux chambres de déflexion soient situés aux extrémités étroi- tes desdites chambres de déflexion. 



   Le dessin ci-annexé est une vue centrale en coupe mon- trant, plus ou moins schématiquement, une construction selon la présente invention. 

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   Le dispositif d'injection du combustible comprend un corps 1 comportant deux conduits d'alimentation séparés 2,3 raccordés respectivement à des tuyaux 4 et 5. Le tuyau 4 et le conduit 2 constituent la conduite principale d'alimentation en combustible et le tuyau 5 et le conduit 3 constituent la con- duite d'alimentation pour la marche au ralenti. Le conduit 3 s'ouvre dans un trou central 6 qui est ouvert à l'extrémité avant du corps 1, et le conduit 2 s'ouvre semblablement à la face avant du corps grâce à un conduit 7.

   Une plaque ou disque 8 est maintenu contre la face avant du corps 1 et a une chambre centrale 9 destinée à communiquer avec l'espace 6 susnommé et a aussi une rainure annulaire 10 qui correspond au conduit 7 et est pourvue d'un certain nombre de passages 11 espacés autour du disque 8, parallèles à son axe et s'ouvrant dans une rainure annulaire 12 située sur la face annulaire du disque 8. 



   Le disque 8 comporte aussi un renflement central creux 13 de forme tronconique dont le trou constitue une chambre cy- lindrique 14 qui se termine par une partie conique 15 de section entièrement circulaire qui s'ouvre à travers le sommet du ren- flement par un orifice 16, lequel est circulaire. Un bouchon de déflexion de construction convenable comprenant des passages hélicoïdaux 17 est monté à l'intérieur de la chambre 14 et les passages hélicoïdaux s'ouvrent dans l'espace conique 15 qui constitue une chambre de déflexion.

   L'alimentation de combusti- ble pour la marche au ralenti, qui passe par le conduit 3 et la chambre 6, passe à travers l'espace 9 et vers les passages hé-   licoïdaux   17 de façon que le combustible est éjecté avec une vitesse de rotation élevée et sort de l'orifice 16 sous forme d'un jet conique 18. 

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   Sur le devant du disque $ se trouve fixé un second disque 19 qui comporte un certain nombre de passages 20 s'éten- dant vers l'intérieur, vers une ouverture centrale 21, ces pas- sages étant de fgrme spiralée ou étant tangenciels à l'ouverture 21 de façon à diriger le courant principal du combustible, qui pénètre par le conduit 2, dans l'espace 21 avec une vitesse de rotation élevée. Sur le devant du disque 19 se trouve monté un troisième disque 22 qui comporte un trou tronconique 23.Le renflement central 13 saille dans le trou 23 mais il est espacé de sa paroi et l'espace annulaire tronconique ainsi ménagé constitue la chambre de déflexion du courant d'alimentation principal'. Le trou 23 se termine par un orifice circulaire 24 qui constitue l'orifice atomiseur du courant d'alimentation principal lequel sort de l'orifice sous la forme d'un jet coni- que 25.

   L'orifice 16 pour le courant de ralenti est, dans la présente construction, en retrait par rapport à l'orifice du courant principal 24, si bien que le pulvérin venant de l'ori- fice 16 sort par l'orifice 24. 



   Les dispositifs assurant la forme conique des deux jets 18, 25 sont construits de façon que l'angle du jet 18 soit sensiblement plus petit que celui du jet 25, si bien que lorsque les deux jets sont projetés, le jet 18 se trouve à l'intérieur du jet 25 et que les deux jets ne se mélangent ni ne se gênent mutuellement, puisque toute interférence importante entre les deux jets tend généralement à compromettre l'effet de l'atomi- sation. Toute interférence importante entre les jets, entraînant, par exemple, la coalescence des particules atomisées, peut com- promettre la combustion. 



   On doit noter que dans un système à combustible où le jet 18 constitue le courant d'alimentation à basse pression, 

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   @   l'introduction du courant d'alimentation principal par le jet 25 peut provoquer initialement un certain degré d'interférence   entre les deux pulvérins ; l'énergie disponible dans   le jet 18 contribue à effectuer l'atomisation correcte du cou- rant d'alimentation principal venant par le jet 25, à la suite de quoi les deux pulvérins coniques jaillissent sans interfé- rences importantes. 



   Les trois disques 8,19 et 22 s'aboutent l'un contre l'autre et sont tenus en place par un chapeau-écrou 26 qui est vissé en 27 sur le corps 1, et une enveloppe à air extérieure 28 peut être prévue également pour assurer un écoulement d'air de refroidissement par l'espace 29 autour du chapeau-écrou. 



   Le bouchon de déflexion situé dans la chambre 14 est monté sur une base 30 et peut être maintenu en place par un ressort de compression 31 qui s'appuie sur un siège convena- ble de la chambre 6. 



   Il n'est pas essentiel que l'orifice d'alimentation de ralenti 16 soit situé à l'intérieur de la chambre de déflexion 23 du courant d'alimentation principal, puisque le brûleur de l'alimentation de ralenti constitué par l'élément 13 peut sail- lir par l'orifice 24 de façon que l'orifice 16 soit situé en aval de l'orifice   24.   



   On voit que la présente invention permet le choix et la construction des deux orifices et des chambres de déflexion associées de façon à ce qu'ils conviennent aux courants parti-   culiers 'qu ils   doivent éjecter, puisque les deux jets 18 et 25 n'ont pas d'interférences ou qu'ils n'influencent pas l'écoule- ment l'un de l'autre. 

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   La commande de l'alimentation principale et de l'a- limentation de ralenti venant par les tubes 4 et 5 respec- tivement peut être effectuée par tout dispositif convenable à soupapes automatiques ou actionnées à la main. Par exemple, une soupape chargée de ressort peut être agencée de façon à couper le courant d'alimentation principale lorsque la pres- sion dans la conduite commune aux deux voies atteint une va- leur inférieure prédéterminée. Dans certains cas, une telle soupape peut être ouverte progressivement pour augmenter la pression du combustible d'alimentation dans la voie d'alimen- tation principale, proportionnellement à l'augmentation de la pression régnant dans la conduite commune, le ccnduit d'alimentation de ralenti 5 étant tout le temps en communica- tion avec la conduite d'alimentation commune.

Claims

R E V E N D I C A T I O N S 1. Un dispositif d'injection de combustible pour mo- teur à turbine à gaz, comprenant une paire d'orifices atomi- seurs de combustible disposés coaxialement l'un par rapport à l'autre et alimentés par des chambres de déflexion coaxia- les séparées, dans chacune desquelles le combustible peut être introduit par des ouvertures associées disposées de fa- çon à communiquer une déflexion rotative au combustible à l'intérieur de la chambre, la première desdites chambres étant constituée par un forage central de section entièrement cir- culaire borné par une paroi de section circulaire annulaire et se terminant à une extrémité par une ouverture de section et entièrement circulaire coaxiale avec le forage/formant l'ori- fice atomiseur du combustible de ladite première chambre de déflexion,

et la deuxième desdites chambres de déflexion ayant <Desc/Clms Page number 10> une section circulaire annulaire dont la paroi intérieure est au moins en partie formée par ladite paroi annulaire et se terminant par une ouverture de section circulaire coaxiale avec les chambres et constituant l'orifice atomiseur du combustible de ladite deuxième chambre, lesdites chambres de déflexion et orifices atomiseurs étant agencés de façon que le cône creux de combustible atomisé sortant de la première chambre de déflexion se trouve à l'intérieur du cône creux de combustible atomisé sortant de la deuxième chambre de déflexion.

2. Un dispositif d'injection de combustible pour mo- teur à turbine à gaz, comprenant une paire d'orifices atomi- seurs de combustible disposés coaxialement l'un par rapport à l'autre et alimentés par des chambres de déflexion coaxiales séparées dans chacune desquelles le combustible peut être in- troduit par des ouvertures associées disposées de façon à commu- niquer au combustible une déflexion rotative, la première desdi- tes chambres de déflexion étant constituée par un forage cen- tral de section entièrement circulaire délimité par une paroi de section circulaire annulaire et se terminant à une extré- mité par une ouverture de section entièrement circulaire co- axiale avec le forage et constituant l'orifice atomiseur de com- bustible de la première chambre de déflexion,

et ladite seconde chambre de déflexion ayant une section circulaire annulaire dont la paroi intérieure est au moins en partie formée par la- dite paroi annulaire et se terminant par une ouverture de sec- tion circulaire coaxiale avec les chambres, l'orifice atomiseur de combustible de ladite première chambre de déflexion étant en retrait par rapport au plan de l'orifice atomiseur de combusti- ble de ladite seconde chambre de déflexion et éjectant son pul- <Desc/Clms Page number 11> vérin de combustible atomisé à travers l'orifice atomiseur de combustible de la seconde chambre de déflexion et lesdites chambres de déflexion et orifices atomiseurs étant agencés de façon que le cône creux de combustible atomisé sortant de la première chambre de déflexion soit indépendant et soit situé à l'intérieur du cône creux de combustible atomisé sortant de la

seconde chambre de déflexion.

3. Un dispositif d'injection de combustible selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, où l'espace consti- tuant la première chambre de déflexion est géométriquement un tronc de cône plein, où l'espace constituant la seconde cham- bre de déflexion est géométriquement sensiblement un tronc de cône creux et où les orifices atomiseurs de combustible des deux chambres de déflexion sont situés aux extrémités étroites des chambres de déflexion.

4. Un dispositif d'injection de combustible pour moteur à turbine à gaz, comprenant un corps ayant une paire de passa- ges d'alimentation pour le combustible aménagés dans ledit corps et dont chacun est en communication avec un tuyau d'amenée de combustible séparé, une plaque placée à une extrémité du corps et ayant un forage central en communication avec l'un desdits passages d'alimentation en combustible aménagés dans ledit corps, ladite plaque étant pourvue d'un renflement central creux dont l'alésage a une section entièrement circulaire et communique avec le forage central de la plaque et se termine par une partie tron- conique constituant une première chambre de déflexion,

une ou- verture circulaire étant prévue à l'extrémité étroite du renfle- ment pour constituer un orifice atomiseur de combustible de la- dite première chambre de déflexion, un bouchon de déflexion étant logé dans le forage central de la plaque afin de communiquer une <Desc/Clms Page number 12> déflexion au combustible s'écoulant à travers ledit forage central dans la chambre de déflexion située dans ledit ren- flement central, et une seconde plaque située contre ladite première plaque et ayant un forage tronconique central pouvant loger ledit renflement central de ladite première plaque de façon à ménager un espace tronconique annulaire constituant une seconde chambre de déflexion,

des ouvertures étant prévues pour amener dans ladite seconde chambre de déflexion le com- bustible venant dudit second passage d'alimentation en combus- tible ménagé dans le corps et pour communiquer une déflexion au combustible pénétrant dans ladite seconde chambre, et un orifice atomiseur de combustible pour ladite seconde chambre de déflexion comprenant une ouverture circulaire à l'extrémité étroite de forage tronconique de la seconde plaque, lesdites chambres de déflexion et orifices atomiseurs de combustible étant agencés de façon que le cône creux de combustible atomisé sortant de la première chambre de déflexion se trouve à l'inté- rieur du cône creux du combustible atomisé sortant de la seconde chambre de déflexion.

5. Un dispositif d'injection de combustible selon la revendication 4, où le renflement central de la première plaque s'avance seulement partiellement dans le forage tronconique de la seconde plaque de façon que l'orifice atomiseur de combustible de la première chambre de déflexion soit en retrait par rapport à l'orifice atomiseur de combustible de la seconde chambre de déflexion et que le pulvérin de combustible venant de la première chambre de déflexion soit éjecté à travers l'orifice atomiseur de la seconde chambre de déflexion indépendamment du pulvérin éjecté par la seconde chambre de déflexion. <Desc/Clms Page number 13>

6.Un appareil d'injection de combustible pour l'emploi avec un moteur à turbine à gaz, comprenant un dispositif d'in- jection de combustible selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5 et des dispositifs destinés à commander séparément les alimentations en combustible des deux chambres de déflexion.

7. L'appareil d'injection de combustible perfectionné pour moteur à turbine à gaz qui soit en substance comme il est décrit ci-dessus avec référence aux dessins ci-annexés et comme il y est illustré.