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" Perfectionnements apportés ou relatifs à l'équipement de combustion de moteur à turbine à gaz ".
La présente invention a trait à des moteurs à turbine à gaz et plus particulièrement, elle concerne l'équipement de combustion desdits moteurs.
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Un moteur à turbine à gaz typique, comme en illustre un la fig. 1, comprend un compresseur 70 mené par une turbine 71 par l'intermédiaire d'un arbre de transmission qui les relie, compresseur qui fournit de l'air à l'équipement de combustion 72 où du combustible est brûlé dans l'air et d'où les prodiits de la combustion passent dans la turbine afin de la mener.
Dans la réalisation illustrée, l'équipement de com- bustion comprend une série de chambres de combustion 73 disposées en couronne autour de l'arbre reliant la turbine et le compres- seur et chaque chambre de combustion comprend une enveloppe ex- térieure ou enveloppe à air à l'intérieur de laquelle un tube brûleur de forme cylindrique ou partiellement conique est disposé de façon à être espacé de l'enveloppe à air.
Dans certaines va- riantes d'équipement de combustion, la série des enveloppes exté- rieures est remplacée par une enveloppe à air annulaire formée par des parois intérieure et extérieure sensiblement cylindri- ques entourant l'arbre reliant la turbine et le compresseur; dans un tel arrangement, une série de tubes brûleurs de forme cylindrique ou partiellement conique peut être logée à l'inté- rieur de l'enveloppe à air, ou, dans une variante, le tube brûleur lui-même peut avoir une forme annulaire et être consti- tué par des parois intérieure et extérieure de tube brûleur espacées respectivement par rapport aux parois intérieure et extérieure de l'enveloppe à air.
La présente invention est géné- ralement applicable aux arrangements à tubes brûleurs tels que ceux de forme sensiblement cylindrique ou partiellement conique ou ceux qui comportent un espace annulaire de tube brûleur.
Dans un équipement de combustion comprenant une enve-
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loppe à air et un agencement de tubes brûleurs comme il est esquissé ci-dessus, le combustible est injecté dans le tube brûleur et l'air pénétrant dans l'équipement de combustion s'é- coule partiellement en tant qutair " primaire ", directement en dans le tube brûleur et partiellement autour de celui-ci;/ outre, des ouvertures sont habituellement prévues dans la paroi ou les parois du tube brûleur pour permettre à l'air s'écoulant autour des tubes brûleurs de passer à l'intérieur de ceux-ci de façon à fournir une alimentation d'air " secondaire " ou "tertiaire" et, il est possible, d'air " primaire " additionnel.
Une construction connue de tube brûleur comprend un ou plusieurs éléments sensiblement tronconiques disposés bout à bout et reliés par des rebords leur appartenant de façon que le tube brûleur ait une structure étagée. Des ouvertures d'entrée d'air sont ménagées dans les parois des sections tronconiques et dans les rebords qui s'étendent transversalement par rapport au courant d'air, autour du tube brûleur.
Un objet de la présente invention est de présenter un tube brûleur ayant une certaine rigidité de construction et également, donnant lieu à une combustion améliorée. Un autre ob- jet de l'invention est de réduire les pertes de pression dues au passage de l'air dans l'intérieur du tube.
Selon la présente invention, il est prévu dans un tube brûleur pour emploi dans l'équipement de combustion de moteur à turbine à gaz, une paire d'éléments tubulaires de paroi de tube brûleur fixés ensemble en ligne, avec la partie terminale d'un élément pris dans la partie terminale contiguë de l'autre élé- ment, éléments tubulaires dont un au moins a sa partie terminale
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en prise façonnée avec des cannelures ou des ondulations lon- gitudinales destinées à coopérer avec la partie terminale de l'autre élément tubulaire pour créer entre eux des passages d'air pareils à des conduits vers l'intérieur du tube brûleur, lesquels passages d'air ont leurs extrémités d'entrée faisant face vers l'amont du courant d'air extérieur à la paroi du tube brûleur.
Les cannelures ou ondulations donnent lieu à un certain degré de flexibilité qui permet de faire face à des différences de dilatation provenant de variations locales de la température, grâce à quoi la tendance du tube brûleur au gauchissement se trouve réduite. En outre, les passages d'air semblables à des conduits permettent au courant d'air primaire et/ou secondaire et/ou tertiaire de pénétrer à l'intérieur du tube brûleur sans turbulence nuisible.
Selon une particularité de l'invention, les passages d'air semblables à des conduits peuvent être sensiblement paral- lèles à la paroi du tube brûleur constituée par les éléments tubulaires.
Outre des défauts mécaniques, on a trouvé que lors de l'emploi d'un tube brûleur de construction connue, il existe, à l'extrémité d'échappement du tube brûleur, un gradient de tem- pérature transversalement par rapport à la direction du courant des produits de la combustion' la température étant élevée au centre du tube brûleur et basse dans la région de la paroi du tube brûleur. Un objet supplémentaire de la présente invention est de présenter une construction de tube brûleur qui peut avoir une résistance mécanique améliorée et qui, en usage, donne une répartition plus uniforme des températures transversalement par
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rapport à l'axe du tube brûleur.
Selon une autre particularité de l'invention, les passages d'air pareils à des conduits peuvent être dirigés vers l'intérieur en faisant un certain angle avec la paroi du tube brûleur, vers le centre de l'espace de combustion et dans le sens du courant traversant le tube brûleur. Si cette particu- larité est adoptée, l'air entrant dans le tube brûleur pénètre dans le courant du gaz s'écoulant dans le tube brûleur ce qui assure un mélange plus intime et donne lieu à une répartition plus uniforme des températures à la sortie du tube brûleur.
Selon une autre particularité de l'invention, les parties terminales coopérantes des extrémités contiguës d'une paire d'éléments tubulaires de tube brûleur peuvent toutes deux être cannelées ou longitudinalement ondulées et les cannelures ou les ondulations longitudinales de l'une des parties termina- les peuvent être agencées de façon à correspondre avec les canne- lures ou les ondulations longitudinales de l'autre partie termi- nale.
Selon une autre particularité encore de l'invention, les parties terminales intérieures peuvent avoir des cannelures ou des ondulations indentées vers l'intérieur et la partie ter- minale extérieure, des cannelures ou des ondulations indentées vers l'extérieur.
Selon une autre particularité encore de l'invention, les cannelures ou les ondulations peuvent être façonnées de ma- nière que les passages d'air pareils à des conduits ménagés entre les portions terminales des éléments tubulaires puissent avoir une section légèrement convergente suivant toute leur longueur
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dans le sens de l'écoulement de l'air qui y passe.
Selon une autre particularité encore de l'invention, un tube brûleur peut comprendre deux éléments tubulaires et un élément tubulaire cannelé intermédiaire dans lequel s'emboîte une partie terminale d'un élément et qui s'emboîte dans une par- tie terminale d'un autre élément.
Selon une autre particularité encore de l'invention, l'élément intermédiaire peut venir en prise avec les parties ter- minales des deux autres éléments par l'une de ses parties termina les qui sont façonnées avec des cannelures ou des ondulations longitudinales qui sont alternativement indentées vers l'intérieuj et vers l'extérieur.
Des constructions de tube brûleur réalisant l'invention vont maintenant être décrites à titre d'exemple en se référant aux fig. 2 à 12 des dessins ci-annexés, dont la fig. 2 illustre une construction de l'équipement de combustion, avec parties brisées, la fig. 3 est une vue fragmentaire d'une partie de la fig. 2, à une échelle plus grande, la fig. 4 est une coupe prise suivant la ligne 4-4 de la fig. 3, la fig. 5 illustre une autre construction de l'équipe- ment de combustion, avec parties brisées, la fig. 6 est une vue fragmentaire d'une partie de la fig. 5 à une plus grande échelle, la fig. 7 est une vue fragmentaire d'une autre partie de la fig. 5 à une plus grande échelle, la fig. 8 est une vue fragmentaire d'une autre partie encore de la fig. 5 à une plus grande échelle,
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la fig.
9 'est une coupe suivant la ligne 9-9 de la fig. 6, la fig. 10 est une coupe suivant la ligne 10-10 de la fig. 7, la fig. 11 est une vue fragmentaire d'une variante de construction des parties montrées fig. 5, et la fig. 12 est une coupe suivant la ligne 12-12 de la fig. 11.
La réalisation de l'invention illustrée par les fig.
2, 3 et 4 des dessins ci-annexés comprend un élément terminal à dôme 19 de construction connue, pourvue d'un bec 19A par lequel l'air primaire entre dans le tube brûleur et par lequel un in- jecteur à combustible ( non représenté) s'étend pour injecter le combustible à l'intérieur du tube brûleur. Le tube brûleur comprend en outre un élément tubulaire intermédiaire 21 pourvu d'ouvertures destinées à recevoir les tubes d'interconnexion et un élément d'échappement tubulaire 27 sensiblement tronconique, pourvu d'ouvertures 26 destinées à l'introduction de l'air ter- tiaire, ces éléments étant fixés ensemble en ligne.
La jonction entre l'élément intermédiaire 21 et l'élé- ment tronconique 27 ( fige 3 et 4) est agencée de façon à être située au point désiré pour l'introduction de l'air secondaire dans le tube brûleur et lesdits éléments sont fixés ensemble par leurs prolongements 22, 24, légèrement coniques, faites d'un métal résistant à la chaleur, le prolongement 22 de l'élément intermédiaire 21 s'engageant par son extrémité dans le prolon- gement 24 de l'élément tronconique 27.
Le prolongement 22 de l'élément intermédiaire 21 com- porte un certain nombre de cannelures ou ondulations 23 indentées
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vers l'intérieur, longitudinales et espacées suivant la circon- férence, de façon que le prolongement 22 soit rainuré sur sa surface extérieure et nervuré sur la surface intérieure. Les cannelures ou ondulations 23 décroissent en profondeur à partir de l'extrémité par laquelle elles s'emboîtent dans le prolonge- ment 24 de l'élément tronconique 27 à l'extrémité par laquelle il est fixé à l'élément intermédiaire 21.
Le prolongement 24 de l'élément tronconique 27 compor- te des cannelures ou ondulations 28 dirigées du côté opposé, de façon que sa surface extérieure soit nervurée et que sa surface intérieure soit rainurée, ces cannelures ou ondulations 28 étant pareillement espacées suivant la circonférence et inclinées de façon que, lorsque les prolongements 22, 24 sont en prise l'un dans l'autre, les cannelures ou ondulations 23, 28 de ceux-ci correspondent les unes aux autres et forment des conduits 29 de section légèrement conique allant en s'amincissant de leurs extré- mités d'entrée à leurs extrémités d'échappement. Les parties des prolongements 22, 24 situées entre les cannelures ou ondulations sont en contact et sont fixées convenablement ensemble, par exem- ple par la soudure.
Il est clair que par suite du fait que les cannelures ou ondulations s'amincissent en profondeur, les conduits 29 sont dirigés vers l'intérieur, font un certain angle avec la paroi du tube brûleur et sont dirigés vers l'axe du tube brûleur dans le sens de l'écoulement des gaz dans le tube brûleur. L'air se- condaire de dilution passant par ces conduits est ainsi introduit dans l'intérieur du tube brûleur sous forme de jets qui peuvent pénétrer dans le courant des gaz s'écoulant dans le tube brûleur, assurant ainsi un mélange plus poussé que celui qui était obtenu
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auparavant, et par conséquent la répartition de la température plus uniforme à la sortie du tube brûleur.
En outre, à l'exté- rieur du tube brûleur, les conduits présentent des sections d'en- trée faisant face au courant d'air s'écoutant dans le passage entre l'enveloppe à air et les parois du tube brûleur. Ce cou- rant d'air est montré d'une façon générale par les flèches des figures 2 et 3.
L'angle d'inclinaison, l'espacement, la longueur, la position et la section des passages d'air pareils à,des conduits seront choisis de façon à obtenir le mélange de l'air et des gaz le plus efficace.
La réalisation de l'invention montrée fig. 5 à 10 des dessins ci-joints illustre un certain nombre de manières dont l'invention peut être appliquée. Comme il est montré, le tube brûleur comprend un élément terminal 37 à dame de construction connue avec un bec 37A par lequel l'air primaire entre dans le tube brûleur et par lequel un injecteur à combustible ( non re- présenté) pénètre dans le tube brûleur pour injecter le combus- tible pulvérisé à l'intérieur du tube brûleur. Le tube brûleur comprend an outre deux éléments tubulaires intermédiaires 40, 41 et un élément tronconique d'échappement 42, ces éléments étant fixés ensemble en ligne.
Cmmme il est montré plus en détail fig. 6 et 9, l'élé- ment terminal à dôme 37 comprend deux éléments tubulaires 38; 39 et l'air comprimé venant du compresseur du moteur passe entre ces deux éléments après avoir passé à travers le bec 37A.
A la jonction de l'élément 39 et de l'élément intermé- diaire d'amont 40 ( voir fig. 6 et 9), la partie terminale de l'é lément 39, qui s'emboîte dans la partie terminale 44 de l'élément
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intermédiaire d'amont, comporte des cannelures ou ondulations indentées vers l'intérieur 43 et la partie terminale contiguë 44 de l'élément intermédiaire d'amont est un cylindre. Il est ainsi prévu entre les cannelures 43 et la partie terminale cy- lindrique 44 des passages d'air pareils à des conduits destinés à introduire l'air de refroidissement de l'intérieur de l'élé- ment terminal 37 à dôme dans le-tube brûleur pour qu'il s'y écoule le long de la paroi de l'élément intermédiaire d'amont 40.
A la jonction de l'élément intermédiaire d'amont 40 et de l'élément intermédiaire d'aval 41, comme il est mon- tré plus en détail fig. 7 et 10, la partie terminale 45 de l'élé- ment d'amont 40 est un cylindre qui s'emboîte à l'intérieur de la partie terminale contiguë 46 de l'élément intermédiaire d'a- val 41. La partie terminale 46 comporte des cannelures ou ondu- lations indentées vers l'intérieur 47 qui sont soudées à la par- tie terminale 45 de l'élément d'amont.
Il est ainsi prévu, entre la partie terminale cylindrique 45 de l'élément d'amont et les espaces 48 compris entre les cannelures 47 des parties termina- les 46 de l'élément d'aval, des passages d'air pareils à des con- duits 49 par lesquels l'air de refroidissement ou l'air secon- daire, venant d'entre l'enveloppe à air 36 et le tube brûleur, peut être amené à s'écouler le long de la paroi intérieure de l'élément intermédiaire d'aval 41. Ces passages 49 présentent des sections d'entrée faisant face au courant d'air passant entre l'enveloppe à air 36 et le tube brûleur, courant qui est indiqué en général par des flèches fig. 5.
Une autre série de passages d'air pareils à des con- duits est constituée en façonnant la partie terminale 50 de la partie tronconique d'échappement 42 ( fig. 8) avec des cannelures
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ou ondulations indentées vers l'intérieur 51 qui sont soudées à la partie terminale cylindrique 52 de l'élément intermédiaire d'aval. 41. L'arrangement à cette jonction est similaire à celui de la jonction entre les deux éléments intermédiaires 40 et 41.
Dans une variante de construction de la jonction de l'élément terminal à dôme et de l'élément intermédiaire d'a- mont, applicable à la construction montrée fig. 5 et illustrée fig. 11 et 12, l'élément terminal à dôme 37 comprend deux élé- ments tubulaires 58, 59 et la partie terminale 61 de l'élément 5$ est logée entre les parties terminales 60,62 de l'élément 59 et de l'élément intermédiaire d'amont 40, respectivement.
Les parties terminales 60,62 sont toutes deux cylin- driques, mais la partie terminale 61 de 1'.élément 58 logé entre eux comporte des ondulations longitudinales 64 qui sont inden- tées alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur pour venir en prise avec la partie terminale 60 et la partie termina- le 62, respectivement auxquelles elles sont soudées.
Il est ainsi prévu deux séries de passages d'air pa- reils 65, 66 semblables à des conduits entre les parties termina- les des éléments 58 et 59 et les éléments 58 et 63 respectivement, avec leurs extrémités d'entrée faisant face vers l'amont du cou- rant d'air, et amenant l'air de refroidissement à s'écouler le long de la paroi intérieure de l'élément intermédiaire d'amont.
L'invention n'est pas limitée aux détails de construc- tion décrits ci-dessus et de nombreuses variantes possibles sau- teront aux yeux des gens du métier, variantes qui peuvent être employées sans quitter le champ de l'invention.
Les cannelures ou ondulations selon l'invention peuvent avoir toute section convenable, par exemple, elles peuvent être
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sensiblement semi-circulaires pour former des conduits sensible ment semi-circulaires ou bien, lorsqu'elles correspondent avec des cannelures similaires d'un autre élément, des conduits sensi- blement circulaires, ou bien encore elles peuvent être agencées de façon à constituer des conduits sensiblement carrés ou rec- tangulaires.
Il est en outre clair que le façonnage avec cannelu- res ou ondulations donne de la résistance mécanique au tube brû- leur, lequel est de fabrication relativement simple.
En outre, les constructions du tube brûleur selon l'in- vention peuvent être du type présentant un espace de combustion annulaire situé à l'intérieur d'une structure à enveloppe à air de forme annulaire. Un tel tube brûleur peut être constitué en substance par des parois cylindriques ou tronconiques respecti- vement de diamètre moyen supérieur et inférieur, et une paroi ou les deux peuvent comprendre des éléments de paroi de tube brû- leur fixés ensemble en ligne, avec la partie terminale d'un des éléments emboîtée dans la partie terminale de l'autre élément, l'un ou les deux éléments tubulaires étant ondulés ou cannelés d'une manière telle que celle qui a été décrite à propos des tubes brûleurs sensiblement cylindriques ou tronconiques décrits ci-dessus.
Dans de telles constructions de tube brûleur annulaire, les passages pareils à des conduits associés avec les parois exté- rieures du tube brûleur peuvent être inclinés dans le sens de l'écoulement vers l'axe de l'élément tubulaire, tandis que les passages associés avec la paroi intérieure du tube brûleur peuvent être inclinés dans le sens de l'écoulement, loin de l'axe des éléments tubulaires. De cette manière, l'air introduit par les
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