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La présente invention a trait à des démarreurs pour machi- nes motrices et concerne plus spécifiquement les démarreurs à combus- tion, c'est-à-dire des démarreurs où un combustible est brûlé avec l'air pour fournir un fluide d'oeuvre qui est employé, par exemple, à action- ner une turbine qui lance la machine motrice que l'on doit faire démarrer.
Lorsqu'on fait usage de démarreurs à combustion, on ne dispo- se pas toujours d'un apport continu d'air de combustion sous pression et il s'ensuit que l'air de combustion peut être pris d'une bombonne d'air où l'air est emmagasiné sous haute pression. Du fait que, au moins pour les démarreurs employés pour des avions, la bombonne d'air doit être aussi légère que possible et doit contenir assez d'air pour un cer- tain nombre de démarrages sans rechargement, il est important qu'un em- ploi économique de l'air soit assuré dans la chambre de combustion du démarreur.
Pour cette raison, l'agencement de certains démarreurs à com- bustion connus est tel que le combustible et l'air soient introduits dans la chambre de combustion du démarreur à combustible sous, appro- ximativement, le rapport stoechiométrique et que les produits de la com- bustion soient amenés directement à actionner la turbine ou un autre mo- teur, par quoi la machine motrice est lancée. Cet agencement présente le désavantage que, du fait de la haute température des gaz de combus- tion, le démarreur peut être surchauffé, ce qui empêche les démarrages répétés et réduit aussi la vie de l'appareil.
La présente invention a pour un de ses buts d'écarter cette difficulté tout en obtenant l'économie de l'emploi de l'air de combustion.
Selon la présente invention, un démarreur de combustion est agencé en vue de la combustion de l'air et du combustible, réalisée approximativement sous le rapport stoechiomét- que, et comporte un dispositif destiné à injecter un supplément de combustible dans les produits de la combustion pour les refroidir avant @ les employer à produire le couple de lancement. La quantité du combustible supplémentaire injecté est telle qu'elle réduise sensiblement le rapport air/combustible depuis la valeur stoechiométrique du rapport ; par exemple, si le rapport stoechiométrique air/combustible est de 15:1, la quantité de combustible supplémentaire injecté peut être avantageusement telle qu'elle réduise le rapport à 3:1.
La vaporisation du combustible supplémentaire refroidit sensiblement les produits de la combustion, de sorte que des démarrages répétés peuvent être effectués et que les dommages par surchauffe peuvent être évités.
Selon une particularité de la présente invention, le combustible "de combustion" et le combustible supplémentaire peuvent être injectés par les mêmes injecteurs de combustible. Par exemple, un injecteur de combustible peut avoir la forme d'un tube perforé, l'air de combustion étant introduit dans la chambre de combustion de manière qu'il outrepasse un petit nombre de ces perforations du tube pour recevoir l'apport du combustible "de combustion", et les produits de la combustion étant amenés à outrepasser le restant des perforations pour recevoir l'injection du combustible supplémentaire.
Dans un agencement préféré selon la présente particularité de l'invention, la chambre de combustion comprend une enveloppe extérieure en forme de cuvette et une enveloppe intérieure en forme de cuvette. emboîtées l'une dans l'autre de manière que leurs parois et leurs bases soient espacées et que leurs bords soiert hermétiquement joints,de
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façon que l'espace compris entre les parois soit fermé, un collecteur d'air annulaire relié de manière à introduire l'air dans l'espace près des bords, et un collecteur de combustible entourant l'enveloppe extérieure environ au milieu de sa longueur, les tubes perforés s'étendant radialement depuis le collecteur de combustible en travers de l'espace compris entre les parois et saillissant dans l'enveloppe intérieure,
la base de l'enveloppe intérieure étant perforée et l'air s'écoulant dans ledit espace de manière à outrepasser les tubes pour recevoir le combustible "de combustion" et tournant ensuite pour suivre un parcours inverse et pénétrer dans l'enveloppe intérieure à travers sa base perforée, qui se comporte en stabilisateur de combustion, de manière que, dans l'enveloppe intérieure, la combustion se produise à l'extrémité de base et que les produits de la combustion s'écoulent de façon à outrepasser les extrémités intérieures des tubes injecteurs de combustible pour recevoir le combustible de refroidissement. La sortie de l'enveloppe intérieure est prévue à l'extrémité de bord de celle-ci.
Une réalisation de démarreur à combustion selon la présente invention va maintenant être décrite en se référant aux dessins annexés.
La figure 1 représente la disposition du démarreur.
La figure 2 représente en détail une construction de la chambre de combustion.
La figure 3 est une section suivant la ligne 3-3 de la figure 2.
Le démarreur à combustion comprend un réservoir de combustible 10 et une bombonne d'air 11 contenant de l'air à, par exemple, 3000 livres anglaises par pouce carré; la bombonne d'air est reliée par une soupape de détente 12, où la pression est réduite à environ 200 livres anglaises par pouce carré, au réservoir de combustible 10 pour le mettre sous pression. La pression d'air dans le réservoir 10, que la soupape de détente 10a empêche,de dépasser une valeur choisie, en refoule le combustible par un tuyau 15 vers la chambre de combustion 14 du démarreur; l'air est aussi introduit dans la chambre de combustion 14 par un tuyau 16 contenant une seconde soupape de détente 18 qui réduit la pression de l'air à environ 150 livres anglaises par pouce carré.
Une vanne 13 est prévue à la sortie de la bombonne d'air 11; la vanne est actionnée par un solénoïde 13a excité et rendu inactif sous le réglage d'un commutateur chronoréglé 13b qui limite la durée de chaque séquence de démarrage. Le mécanisme à commutateur peut aussi avantageusement régler le fonctionnement du dispositif d'allumage du moteur et du démarreur.
Le combustible et l'air sont donc acheminés séparément vers une chambre de combustion et, dans la chambre 14, une partie du combustible est brûlée avec l'air, et le reste du combustible est employé à refroidir les produits de la combustion par une vaporisation du combustible. Les gaz de combustion s'échappent de la chambre de combustion 14 par des tuyères 19a, prévues dans une plaque à tuyère 19, vers une turbine 20. La turbine actionne, par l'intermédiaire d'un mécanisme à engrenages 20a, un organe de manchon 21 agencé pour coopérer avec un organe de manchon 22 pour actionner le moteur 23 aux fins de démarrage. L'organe de manchon 21 est agencé pour mouvement télescopique vers l'organe de manchon 22 lorsque la turbine commence à tourner.
La chambre de combustion (figures 2 et 3) comprend une enveloppe extérieure et une enveloppe intérieure, toutes deux étant en forme de cuvette, l'enveloppe intérieure étant logée dans l'enveloppe extérieure de manière que le plan de sa bouche coïncide sensiblement
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avec celui de la bouche de l'enveloppe extérieure et de manière que son bord scit hermétiquement joint au bord de l'enveloppe extérieure.
L'enveloppe extérieure comprend une paire de lourdes bagues de métal 24, 25 ; la bague 24 de forme la bouche ou le bord de l'enve- loppe extérieure et la bague 25 est située approximativement au milieu de la longueur des parois de l'enveloppe extérieure. L'enveloppe exté- rieure comprend aussi une base métallique lourde 26 et la base est re- liée à la bague 25 par une partie de paroi tubulaire de tôle métalli- que 27 ; deux bagues 24, 25 sont reliées entre elles par une secon- de partie de paroi semblable de tôle métallique 28.
La bague métallique terminale 24 comporte intérieurement une surface cylindrique 24a destinée à venir en prise avec le bord de l'en- veloppe intérieure, comporte une bride radiale 24b par laquelle elle est reliée, par des boulons 30, à la plaque à tuyères 19 de la struc- ture de la turbine, et la bague 24 comporte aussi une bride axiale 24c par laquelle elle est attachée à la partie de paroi de tôle métallique
28 voisine, par soudure.
La bague métallique 25 comporte une paire de brides axiales dirigées en sens opposés 25a, par lesquelles elle est attachée aux parties de paroi de tôle métallique 27, 28 et comporte une bride radiale extérieure 25b et une bride radiale intérieure 25c, la.bride.radiale @ intérieure étant courte par comparaison avec'le bride 25b et sa surface intérieure étant cylindrique. La surface extérieure de la bague comporte une partie cylindrique 25d et un certain nombre de trous s'étendent radialement à travers le partie 25d, vers le surface intérieure de la bague, sur le côté de la bride courte 25c éloigné de la bouche de l'enveloppe extérieure.
La base 26 comporte une bride axiale 26a par laquelle elle est attachée à la partiede tôle métallique 27 correspondante et comporte sur sa surface extérieure, au centre de celle-ci, une portée 26b percée d'un trou taraudé de manière à former une douille de montage destinée à une bougie d'allumage 31.
L'enveloppe comporte, en bloc avec elle, des collecteurs destinés à distribuer l'air et le combustible dans la chambre de com- bustion.
Le collecteur d'air est formé par une structure de tôle métallique 32, de section en U, soudée à la surface extérieure de la partie de la paroi de tôle métallique 28 et ce collecteur communique avec l'intérieur de l'enveloppe extérieure par un anneau 33 de trous, prévus dans la partie de paroi 28. Un raccord d'alimentation 34 s'étend tangentiellement depuis la structure en U de tôle métallique 32, en un certain point de la périphérie de la chambre de combustion.
Un déflecteur 35, ayant la forme d'un anneau de tôle métallique à embase, est soudé à la surface intérieure de la partie de paroi de tôle @@tallique 28 de manière que l'air provenant du collecteur 32 et pénétrant dans l'enveloppe extérieure soit contraint de s'écouler d'abord vers la bague métallique 24 et ensuite, en sens opposé, vers la base 26.
Le collecteur de combustible est formé en fixant un organe 36, annulaire et de section en L, à la bague métallique 25, l'organe annulaire de section en L étant fixé par des boulons 37 à la bride radiale extérieure 25b de manière qu'il présente une bride 36a, s'étendant axialement et espacée de la partie cylindrique 25d de-la bague 25 et de manière qu'il présente une bride radiale 36b qui saillit vers l'intérieur et vient en contact avec la bague 25 sur le côté de la partie 25d éloigné de la bride extérieure 25b, formant ainsi un espace
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annulaire distributeur de combustible 38 dont la paroi intérieure est constituée par la partie cylindrique 25d. Un joint convenable 39 est prévu entre la bride radiale 36b et la surface de la bague 25.
Un raccord d'alimentation en combustible 40 est prévu sur l'organe annulaire 36 pour recevoir le tuyau d'alimentation 15 venant du réservoir de combustible 10.
L'enveloppe intérieure de la chambre de combustion 14 comporte une paroi de tôle métallique 41 de forme tronconique, ayant une bride extérieure étroite 41a, à son extrémité large, et une bride intérieure étroite 41b, à son extrémité étroite. La bride extérieure 41a est raidie par une bague métallique 42 qui forme le bord de l'enveloppe intérieure et qui, lorsque l'enveloppe intérieure est assemblée dans l'enveloppe extérieure, situe l'enveloppe intérieure et coopère de manière hermétique avec la surface cylindrique intérieure 24a de la bague métallique 24.
La bride intérieure 41b
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est fixëe3"'une' * ba se OEroe1e-métallîqne perforée 43 comportant en son centre un goulot 43a aligné sur la douille 26b, s'étendant vers cette dernière et destinée à la bougie d'allumage 31; lorsque la bougie d'allumage 31 est en position, elle saillit à travers la base 26 de l'enveloppe extérieure, à travers l'espace compris entre la base 26 de l'enveloppe extérieure et la base perforée 43 et dans le goulot 43a, de manière que son intervalle d'allumage soit situé juste dans l' enveloppe intérieure.
Une bague métallique 44 est fixée à la paroi de .tôle métallique 41 de l'enveloppe intérieure et est en contact avec la surface intérieure cylindrique de la bride intérieure 25c de la bague 25, divisant ainsi l'espace compris entre la paroi de l'enveloppe extérieure et la paroi de l'enveloppe intérieure en deux chambres 45 et 46. La baque métallique 44 comporte une série de trous axiaux 47 qui la traversent pour relier les deux chambres 45, 46.
La chambre de combustion comprend aussi un certain nombre d'injecteurs de combustible ayant la forme de tubes perforés 48 de longueurs différentes; ces tubes sont pourvus, à leurs extrémités d'entrée, de frettes à bride 28a, les brides des frettes s'appuyant sur la partie cylindrique 25d de la bague 25 lorsque les tubes injecteurs de combustible sont mis en position en les vissant à travers des trous radiaux de cette bague, et étant emprisonnées par l'organe annulaire 36. Les tubes ont une longueur suffisante pour saillir en travers de la chambre 46, entre les parois des enveloppes intérieure et extérieure et bien avant dans l'intérieur 49 de l'enveloppe intérieure, la paroi de l'enveloppe intérieure étant perforée pour permettre le passage des tubes.
Les perforations 48b, 48c des tubes 48 sont de préférence agencées de manière que le combustible soit injecté dans une direction transversale à celle du courant gazeux passant dans la chambre de coribustion et l'agencement est aussi tel que les perforations 48b s'ouvrant dans la chambre 46 située entre les parois des enveloppes intérieure et extérieure, tandis que les perforations 48c s'ouvrent dans l'intérieur 49 de l'enveloppe intérieure, en un lieu bien espacé de la base perforée 43. Les perforations 48c sont en nombre sensiblement plus grand que les perforations 48b qui s'ouvrent dans la chambre 46.
En service, les collecteurs 32, 38 sont simultanément alimentés en air et en combustible, l'air pénétrant dans la chambre 45 et s'écoulant vers le bord de l'enveloppe extérieure 24 et inversant ensuite le sens de son édoulement pour s'écouler entre le déflecteur 35 et la paroi 41 de l'enveloppe intérieure et passant par les trous axiaux 47 de la bague 44, les jets d'air qui sortent des trous recevant l'injection du combustible provenant des perfectionnements 48b. Il faut
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observer (figure 3) que les trous 47 sont de préférence décalés par rapport aux tubes 48. Le mélange combustible/air pénètre alors dans l'enveloppe intérieure par la base perforée 43, enveloppe intérieure où le mélange est allumé par la bougie d'allumage 31.
La base perforée
43 sert de stabilisateur de combustion, de sorte que la combustion du mélange air/combustible se produit dans l'espace de combustion située entre la base perforée 43 et les tubes injecteurs de combustible 48 ; ensuite, le combustible supplémentaire est injecté par les perforations
48c des tubes injecteurs dans les gaz de combustion alors qu'ils s'é- coulent vers l'extrémité de sortie de l'enveloppe intérieure et ce com- bustible additionnel est emporté vers l'aval avec les produits de la combustion, est vaporisé et refroidit ainsi les produits de la combus-
Lion.
Un choix convenable de la pression de l'alimentation en air et de celle qui règne dans le réservoir de combustible, fait que les quantités d'air et de combustibles introduites dans l'espace de com- bustion présentent approximativement le rapport stoechiométrique et il s'ensuit que le combustible supplémentaire, injecté après combustion, constitue un excès substantiel de combustible.
Par exemple, la quantité de combustible injecté par les per- forations 48b avant la combustion peut être telle que le rapport air/ combustible soit de 15:1 et la quantité de combustible supplémentaire peut être suffisante pour réduire le rapport à 3:1. Il faut observer que l'emploi d'un certain nombre d'injecteurs de combustible 48, sail- lissant sensiblement radialement vers l'intérieur et comportant un cer- tain nombre de trous répartis sur leur longueur, permet de distribuer fort également le combustible excédentaire dans les gaz de combustion, ce qui évite la production de "points chauds" locaux.
Les gaz de combustion refroidis s'écoulent alors dans la turbine 20 pour actionner celle-cio Il faut observer que la turbine peut être remplacée par un moteur convenable du type à piston ou un autre moteur et il est entendu que la turbine et l'autre moteur conve- nable sont compris dans le terme "transducteur thermomécanique". Un tel transducteur est pourvu d'un dispositif, qui est en lui-même bien connu, destiné à mettre en prise les griffes 21, 22 lorsqu'un couple de lancement s'établit et à mettre les griffes hors de prise lorsque le moteur démarre et que le couple de lancement cesse d'être transmis.
On trouve que l'agencement selon la présente invention per- met non seulement d'utiliser économiquement la pression d'air de la bombonne d'air 11, mais d'obtenir aussi une diminution substantielle des températures de fonctionnement des pièces, paticulièrement de la turbine ou de l'autre moteur 20, avec une augmentation résultante de la vie des pièces. L'agencement de l'invention permet aussi d'effec- tuer, si c'est nécessaire, des démarrages répétés.
REVENDICATIONS
1. Démarreur à combustion qui est agencé en vue de la com- bustion de l'air et du combustible, réaliséeapproximativement sous le rapport stoechiométrique, et comporte un dispositif destiné à injecter un supplément de combustible dans les produits de la combustion pour les refroidir avant de les employer à produire le couple de lancement.