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ARMSTRONG SIDDELEY MOTORS LIMITED? résidant à COVENTRY, Warwickshire (Gde Bretagne) .
DISPOSITIF STABILISATEUR DE FLAMME.
Cette invention est relative à un dispositif stabilisateur de' flamme fournissant une flamme pilote ou veilleuse dans une tuyère de propul- sion par réaction où du combustible doit être brûle dans un courant de gaz animé d'une grande vitesse dans un système de postcombustion ou de réchauf- fage des gaz d'achappement d'un groupe moteur à turbine à gaz et propulsion par réaction.
On connaît des dispositifs de ce genre consistant en une envelop- pe en substance cylindrique qui est placée dans l'axe de la tuyère de réac- tion et dans laquelle passe une petite partie des gaz animés d'une grande vitesse celle-ci étant réduite suffisamment pour créer une zone stable à 1' intérieur de l'enveloppe dans laquelle on peut injecter et brûler du combus- tible pour la flamme pilote afin de fournir une flamme stable capable d'en- flammer une arrivée principale de combustible dans le restant des gaz au passa- ge de l'enveloppe du stabilisateur.Une forme efficace d'un pareil stabilisa- teur de flamme est décrite dans le Brevet Anglais n 674.641.
Le but principal de l'invention est de perfectionner le stabili- sateur de flamme pour permettre d'accélérer et d'achever la combustion à 1' intérieur de l'enveloppe du stabilisateur et de rendre ce dernier efficace à n'importe quelle altitude.
Suivant l'invention, le combustible pour le stabilisateur y est introduit près d'une extrémité d'un conduit placé dans le courant principal de gaz et pourvu près de l'entrée du combustible d'une ouverture par laquel- le une petite quantité du courant principal peut pénétrer, l'extrémité op- posée du conduit communiquant en substance centralement avec l'extrémité amont de l'enveloppe du stabilisateur.
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Le conduit peut avoir la forme d'un tube coaxial s'étendant-vers l'amont de l'enveloppe du stabilisateur avec un gicleur de combustible placé à l'extrémité amont. Cependant, la partie principale du'tube est placée de préférence transversalement par rapport à la tuyère de réaction, la partie res- tante étant coudée en substance à 90 pour être dans l'axe de l'enveloppe du stabilisateur avec laquelle le tube communique à l'extrémité amont.
Dans ce dernier cas, l'extrémité extérieure du tube peut se prolonger en subs- tance jusqu'à la paroi de la tuyère de réaction et être conçue de manière à recevoir un gicleur de combustible tandis que l'orifice d'admission d'une partie du courant principal des gaz est prévue du côté amont du tube à côté du dispositif d'alimentation de combustible. Cette dernière disposition évi- te l'usage d'un tuyau de combustible traversant le courant principal des gaz depuis la paroi de la tuyère de réaction jusqu'à 1,*enveloppe du stabilisateur et si, comme on le préfère, la partie transversale du tube est dans l'aligne- ment d'une des entretoises portant l'enveloppe du stabilisateur dans la tuyè- re de réaction et en amont de cette entretoise, sa présence ne cause en subs- tance aucune obstruction supplémentaire au courant principal des gaz.
Avec l'une ou l'autre disposition, le chauffage extérieur du tube par le courant principal des gaz et le mélange d'une partie de ce dernier passant dans le tube avec le combustible qui y est amené provoquant la vaporisa- tion du combustible avant son entrée dans l'enveloppe du stabilisateur de sor- te qu'il se trouve immédiatement en état d'être enflammé dans l'enveloppe et qu'il ne carbonne pas.
Dans le dessin annexé :
La figure 1 est une coupe partielle de l'élévation d'une tuyère de réaction d'un moteur à turbine à gaz, pourvue d'un stabilisateur de flam- me alimenté en combustible suivant l'invention.
La figure 2 est une vue partielle montrant une variante pour 1' alimentation en combustible du stabilisateur de flamme,
La figure 3 est une coupe partielle de l'élévation.,. à plus grande échelle, de l'extrémitéamont de l'enveloppe du stabilisateur, et
Les figures 4 et 5 sont des coupes partielles d'élévations de variantes de l'enveloppe du stabilisateur qui peuvent être utilisées soit avec le disposition de la figure 1 soit avec celle de la figure 2.
Les figures ne montrent pas le dispositif d'amenée principale du combustible de réchauffage dans la tuyère de réaction mais uniquement le système d'amenée du combustible au stabilisateur de flamme qui fournit une flamme pilote ou veilleuse.Une partie 13 seulement d'un côté de la tuyère de réaction est représentée, l'enveloppe 14.
du stabilisateur étant supportée dans la tuyère par plusieurs entretoises radiales profilées, par exemple trois, dont une seule est représentée en 15. Celle-ci est repré- sentée boulonnée à l'enveloppe de la tuyère de réaction par des boulons 17 de manière à permettre la dilatation radiale relative des pièces,/
Dans la construction suivant la figure 1, il est fait usage d'un tube transversal 19 dont l'extrémité inférieure radiale 20 est dans l'axe de l'enveloppe du stabilisateur et correspond à l'extrémité amont de l'en- veloppe. Un gicleur de combustible 22 pour la flamme pilote traverse radia- lement la paroi de la tuyère de réaction et pénètre dans l'extrémité ouver- te adjacente du tube transversal 19 de manière à fermer cette extrémité ouverte.
Du côté amont du tube 19, au voisinage du gicleur 22, se trouve un orifice d'admission 24 qui est susceptible de prendre suffisamment de gaz à l'intérieur de la tuyère de réaction pour vaporiser (conjointement avec le chauffage extérieur du tube 19) le combustible avant qu'il ne pénètre dans
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l'enveloppe du stabilisateur, de sorte que le combustible ne charbonne pas dans le tube mais est en état d'être enflammé immédiatement dans l'envelop- pe 14.
Il faut remarquer que le tube transversal 19 est représenté im- médiatement en amont de l'entretoise de support représentée 15, de sorte qu'il n'introduit qu'une trainance supplémentaire relativement faible.
Dans la construction de la figure 2. on a représenté l'enveloppe
14 du stabilisateur et l'extrémité radiale intérieure de l'entretoise 15, mais dans ce cas l'arrivée du combustible dans l'enveloppe du stabilisateur se fait par un tube rectiligne 19a coaxial à l'enveloppe du stabilisateur. son extrémité aval (également marquée 20) étant reliée à l'extrémité amont de l'enveloppe.
Le combustible est introduit dans le tube 19a par un gicleur
22a qui, dans ce cas, est alimenté en combustible par un tuyau,, non repré- senté, traversant la paroi de la tuyère de réaction d'une manière bien con- nue.L'extrémité amont 24a du tube 19a est ouverte pour recevoir la quantité requise de gaz comme il a été expliqué, ci-dessus;
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Sur les figures 1 et 2 (voir figure 3), l'extrémité 20 du tube d'amenée du combustible est soudée à un manchon 26 qui supporte intérieurement des ailettes de brassage 27oLe manchon est à son tour porté par un anneau 28 sur une partie cylindrique 29 de l'enveloppe du stabilisateur par des ailet- tes 30 qui provoquent une turbulence dans le gaz en sens inverse de celle pro- duite par les ailettes 270
Les figures 4 et 5 montrent deux variantes.
Sur la figure 4. 1' extrémité 20 du tube est portée directement par l'anneau 28 qui, à son tour, est porté par des ailettes de brassage 30 comme celles représentées sur la figure 3.En aval de l'anneau et légèrement écarté axialement de l'extrémité adja- cente du tube 20 se trouve un écran 32 qui provoque une turbulence dans le combustible vaporisé et le dirige radialement vers l'extérieur, le combusti- ble vaporisé entrant ensuite dans le courant de gaz par l'aubage de brassa- ge 30.Sur la figure 5, l'extrémité intérieure du tube 20 est de nouveau fixée à un manchon 26 portant à l'intérieur des ailettes de brassage 27 et dans ce cas,,, un écran annulaire 34' percé d'un trou 35 au centre,
est prévu pour cré- er une turbulence en aval de l'écran dans le courant du reste du gaz qui passe par de simples trous 36 percés dans un anneau de support 37.
La présente invention ne concerne pas le dispositif d'allumage du combustible à l'intérieur de l'enveloppe du stabilisateur pour allumer la veilleuse ou flamme pilote.
Dans une autre variante.. l'extrémité amont de l'enveloppe du sta- bilisateur peut être entièrement fermée, tout le gaz et le combustible vapo- risé, nécessaires pour la production d'une flamme stable dans l'enveloppe, étant introduits par l'extrémité du tube 20.
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ARMSTRONG SIDDELEY MOTORS LIMITED? residing in COVENTRY, Warwickshire (Gde Bretagne).
FLAME STABILIZER DEVICE.
This invention relates to a flame stabilizer device providing a pilot or pilot flame in a reaction propulsion nozzle where fuel is to be burned in a high velocity flow of gas in a post-combustion or combustion system. reheating of the exhaust gases of a gas turbine engine group and jet propulsion.
Devices of this type are known consisting of a substantially cylindrical envelope which is placed in the axis of the reaction nozzle and in which passes a small part of the gases animated at a high speed, the latter being reduced. sufficient to create a stable zone within the envelope into which fuel for the pilot flame can be injected and burned to provide a stable flame capable of igniting a main fuel supply in the remainder of the flame. gas passing through the stabilizer shell. An effective form of such a flame stabilizer is described in British Patent No. 674,641.
The main object of the invention is to improve the flame stabilizer to enable the combustion to be accelerated and completed within the shell of the stabilizer and to make the latter effective at any altitude.
According to the invention, the fuel for the stabilizer is introduced therein near one end of a conduit placed in the main gas stream and provided near the fuel inlet with an opening through which a small quantity of the gas. main stream may penetrate with the opposite end of the duct communicating substantially centrally with the upstream end of the stabilizer casing.
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The conduit may be in the form of a coaxial tube extending upstream of the stabilizer shell with a fuel nozzle placed at the upstream end. However, the main part of the tube is preferably placed transverse to the reaction nozzle, the remaining part being bent substantially at 90 to be in the axis of the stabilizer shell with which the tube communicates at. the upstream end.
In the latter case, the outer end of the tube may extend substantially to the wall of the reaction nozzle and be designed to receive a fuel nozzle while the inlet port of a part of the main gas stream is provided on the upstream side of the tube next to the fuel supply device. The latter arrangement avoids the use of a fuel pipe passing through the main stream of gases from the wall of the reaction nozzle to the shell of the stabilizer and if, as is preferred, the transverse part of the The tube is in alignment with one of the spacers carrying the casing of the stabilizer in the reaction nozzle and upstream of this spacer, its presence does not substantially cause any additional obstruction to the main gas flow.
With either arrangement, the external heating of the tube by the main stream of gases and the mixing of a part of the latter passing through the tube with the fuel supplied therein causing the fuel to vaporize before its entry into the casing of the stabilizer so that it is immediately in a state of being ignited in the casing and that it does not carbonate.
In the attached drawing:
Figure 1 is a partial sectional elevation of a reaction nozzle of a gas turbine engine provided with a fuel-fed flame stabilizer according to the invention.
FIG. 2 is a partial view showing an alternative for the fuel supply of the flame stabilizer,
Figure 3 is a partial section of the elevation.,. on a larger scale, from the upstream end of the stabilizer casing, and
Figures 4 and 5 are partial sectional elevations of alternative stabilizer casing which can be used either with the arrangement of Figure 1 or with that of Figure 2.
The figures do not show the main feed device for reheating fuel into the reaction nozzle, but only the fuel feed system to the flame stabilizer which provides a pilot or pilot flame. Part 13 only on one side of the the reaction nozzle is shown, the casing 14.
stabilizer being supported in the nozzle by several profiled radial spacers, for example three, only one of which is shown at 15. This is shown bolted to the casing of the reaction nozzle by bolts 17 so as to allow the relative radial expansion of the parts, /
In the construction according to FIG. 1, use is made of a transverse tube 19 whose radial lower end 20 is in the axis of the casing of the stabilizer and corresponds to the upstream end of the casing. A pilot flame fuel nozzle 22 radially passes through the wall of the reaction nozzle and enters the adjacent open end of the cross tube 19 so as to close that open end.
On the upstream side of the tube 19, in the vicinity of the nozzle 22, there is an inlet port 24 which is capable of taking sufficient gas inside the reaction nozzle to vaporize (together with the external heating of the tube 19) fuel before it enters
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envelope of the stabilizer, so that the fuel does not carbonate in the tube but is ready to be ignited immediately in the envelope 14.
Note that the cross tube 19 is shown immediately upstream of the shown support strut 15, so that it introduces only relatively little additional drag.
In the construction of FIG. 2, the envelope has been shown
14 of the stabilizer and the inner radial end of the spacer 15, but in this case the arrival of the fuel in the casing of the stabilizer is effected by a rectilinear tube 19a coaxial with the casing of the stabilizer. its downstream end (also marked 20) being connected to the upstream end of the casing.
The fuel is introduced into the tube 19a by a nozzle
22a which in this case is supplied with fuel by a pipe, not shown, passing through the wall of the reaction nozzle in a well-known manner. The upstream end 24a of the tube 19a is open to receive the required amount of gas as explained, above;
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In Figures 1 and 2 (see Figure 3), the end 20 of the fuel feed tube is welded to a sleeve 26 which internally supports stirring fins 27 ° The sleeve is in turn carried by a ring 28 on a part cylindrical 29 of the stabilizer casing by fins 30 which cause turbulence in the gas in the opposite direction to that produced by the fins 270
Figures 4 and 5 show two variants.
In Figure 4. the end 20 of the tube is carried directly by the ring 28 which, in turn, is carried by stirring fins 30 like those shown in Figure 3 Downstream of the ring and slightly apart. axially of the adjacent end of tube 20 is a screen 32 which causes turbulence in the vaporized fuel and directs it radially outward, the vaporized fuel then entering the gas stream through the air blading. In FIG. 5, the inner end of the tube 20 is again fixed to a sleeve 26 carrying inside the stirring fins 27 and in this case an annular screen 34 'pierced with a hole 35 in the center,
is intended to create turbulence downstream of the screen in the flow of the rest of the gas which passes through simple holes 36 drilled in a support ring 37.
The present invention does not relate to the device for igniting the fuel inside the casing of the stabilizer for igniting the pilot flame or pilot flame.
In another variant, the upstream end of the casing of the stabilizer can be completely closed, all the gas and the vaporized fuel, necessary for the production of a stable flame in the casing, being introduced by. the end of the tube 20.