<Desc/Clms Page number 1>
On sait que pour la combustion dans des chambres de combustion, l'air et le gaz ne peuvent être mélangés et brulés qu'à de faibles vitesses d'écoule- ment si l'on veut avoir une zone de combustion ou flamme stable. Cela vaut sur- tout pour les combustibles gazeux à vitesse d'allumage modérée. D'autre part, il est difficile de prévoir pour l'écoulement des sections de passage transversa- les suffisantes à la face d'about d'une chambre de combustion, précisément lors- que le pouvoir calorifique du gaz de combustion est faible et qu'il faut donc ame- ner des quantités relativement importantes de gaz de combustion pour obtenir le rendement calorifique voulu.
A condition d'utiliser le moins possible d'air primaire, éventuelle- ment moins que le minimum théorique, on peut assurer une zona de combustion sta- ble même lorsque les charges varient, mais cela nécessite une répartition spatiale très précise de ces faibles quantités d'air primaire sur les jets de gaz de com- bustion divisés.
Enfin, la chute totale de pression dans la chambre de combustion est de grande importance pour le fonctionnement des installations de turbines ; aussi, pour obtenir une bonne répartition de l'air et du gaz de combustion et guider les masses de gaz qui participent à la combustion et sont ensuite refroi- dies par l'air secondaire et l'air de mélange dans la chambre de combustion, es- saie-t-on de réaliser un état d'écoulement qui, pour une faible résistance propre, engendre un champ de températures équilibré dans le gaz moteur à la sortie de la chambre de combustion.
On a déjà proposé des chambres de combustion dans lesquelles le temps de séjour pour le mélange des gaz participant à la combustion ou de l'air addi- tionnel de mélange, est prolongé en faisant tourbillonner les masses de gaz. Par exemple, dans un brûleur à gaz connu, des chambres ou tuyères à gaz et à air alter- nantes sont disposées en cercle, le gaz et l'air s'en écoulant dans le sens de la périphérie de la chambre de combustion et obliquement à l'axe de celle-ci. Les tuyères débouchent en substance tangentiellement dans la chambre de combustion, et il n'y a pas de surfaces déflectrices ou de percussion d'aucune sorte.
Les di- mensions de la chambre de combustion et la position oblique des tuyères sont calcu- lées de manière que la chambre de combustion soit complètement remplie par le cou- rant de gaz, de sorte que les tuyères à gaz produisent un effet d'aspiration sur les tuyères à air et réciproquement.
Ceci éviterait des retours de gaz dans les tuyères à air ; ou d'air dans les tuyè- res à gaz. Le mélange du gaz avec l'air ne peut dès lors se produire que dans la chambre de combustion proprement dite. L'utilisation de ces brûleurs connus dans une chambre de combustion de turbine à gaz, non seulement a l'inconvénient de né- cessiter une construction de très grande longueur, mais encore entraîne le risque d'une interruption de la flamme en cas de marche à grand débit, surtout si l'on brûle des gaz à vitesse d'allumage modérée.
Il est également connu d'utiliser des surfaces dites déflectrices ou de percussion pour intensifier le mélange de gaz et stabiliser la flamme.
La présente invention concerne une chambre de combustion pour fortes charges thermiques, dans laquelle le brûleur est constitué par des chambres à gaz et à air alternantes disposées en cercle, d'où le gaz et l'air participant à la combustion s'écoulent dans le sens de la périphérie de la chambre de combustion et obliquement à l'axe de celle-ci. Suivant l'invention, les ouvertures de sortie en forme de fente des chambres à air et à gaz, sont réunies par paires et devant chaque paire est prévue une surface déflectrice qui dévie en commun les courants d'air et de gaz dans une direction voulue.
On obtient une répartition particuliè- rement avantageuse du gaz de combustion et de l'air, en montant les surfaces dé- flectrices obliquement par rapport à l'axe de la chambre de combustion, de façon qu'elles soient situées sur la génératrice d'un hyperboloïde de révolution ou d'un cône. On peut d'autre part modifier la flamme en prévoyant des surfaces dévia- trices ondulées ou dentées.
<Desc/Clms Page number 2>
D'autres détails de la chambre de combustion suivant l'invention se- ront décrits ci-après, avec référence aux dessins annexés, qui en montrent, à ti- tre d'exemple, une forme de réalisation.
La figure 1 est une coupe longitudinale d'une chambre de combustion de gaz, comportant au centre une chambre de combustion secondaire, ou auxiliaire, pour la combustion de combustible liquide, la figure 2 est une coupe par la ligne II-II de la figure 1, et la figure 3 est une vue en perspective du brûleur à gaz, le conduit d'arrivée du gaz étant en partie arraché.
Les moufles de combustion 6, pourvus de plusieurs rangées de trous 5 pour l'arrivée d'air secondaire et d'air de mélange, le brûleur à gaz 7 et une chambre secondaire 8 pour la combustion d'huile, sont montés coaxialement dans 1 entourage de la chambre de combustion, constitué par l'enveloppe cylindrique 1, le fond supérieur 2 et le fond inférieur 3 à tubulure de sortie 4. Entre le moufle 6 et l'enveloppe, subsiste une chambre intermédiaire 9, dans laquelle l'air intro- duit par les tubulures 10 peut se répartir entre les différentes ouvertures dans les sens indiqués par les flèches, et contribuer en même temps à réduire les pertes de chaleur.
Le brûleur à gaz 7 est constitué par des chambres alternantes à gaz 11 et à air 12 montées en cercle. Elles sont délimitées par des cloisons en tôle 13, sensiblement radiales, des cloisons coniques 14, une cloison annulaire 15 et une cloison diagonale 16 (figure 2). L'air primaire pour la combustion du gaz sort de la chambre annulaire 17 par les ouvertures 18 de la cloison annulaire 15 et pénètre dans les chambres à air 12. Le gaz de combustion arrive par les tu- bulures d'entrée 20 dans un conduit de répartition 19 entourant les chambres 11, 12 et est réparti dans les chambres à gaz 11, qui, à cet effet, débouchent radia- lement, tandis que les chambres à air 12 sont fermées par des cloisons 21 en sub- stance triangulaires (figure 3).
Les ouvertures de sortie 22 ou 23 des chambres à gaz 11 et à air 12, sont situées très près les unes des autres, n'étant séparée: entre elles que par la cloison diagonale 16. Comparées aux brûleurs à gaz connus, elles sont donc réunies par paires et devant chaque paire 22,23 est montée une surface déflectrice 24 qui dévie ensemble les courants d'air et de gaz dans le sens périphérique désiré. Des filets de mélange de gaz et d'air-, répartis unifor- mément, lèchent donc la surface annulaire conique, ou hyperbolique du brûleur 7, et pénètrent dans la chambre de combustion obliquement à l'axe de celle-ci, de sorte que le courant se présente en substance sous la forme d'un tourbillon en hélice pratiquement ordonné.
Ces filets de mélange sont allumés par les gaz chaud de la combustion, puis sur le trajet consécutif vers l'ouverture de sortie de la tubulure 4, a lieu un mélange avec de l'air secondaire et l'air de mélange, arri- vant par les ouvertures 5, de sorte qu'il se produit une combustion complète des constituants combustibles du mélange, ainsi qu'une réduction de la température dans une mesure appropriée au travail de la turbine à gaz.
Les ouvertures de sortie des chambres à gaz et à air, sont de préfé- rence disposées de manière que celles (22) des chambres à gaz 11, se trouvent " à l'ombre" du courant de l'air primaire arrivant par les ouvertures 23 (retour sur la figure 2). La différence de pression existant entre ces deux ouvertures détermine alors l'arrivée du gaz de combustion dans le courant d'air primaire.
Les ouvertures 22 et 23 peuvent être réalisées sous forme d'étroites fentes, éven tuellement interrompues par de courtes barrettes, ou par une rangée de trous situ très près les uns des autres. D'autre part, la flamme peut être modifiée en pré- voyant différentes dimensions pour la largeur des ouvertures 23 et/ou la largeur des ouvertures 22 également le long des fentes.
Dans chaque cas la largeur des fentes 22,23 et la différence de rayon D-d/2 des cercles k1 et K2 adja- cents à la limite longitudinale des fentes, seront adaptées aux conditions de tra vail déterminées, par exemple, par le pouvoir calorifique, la température d'allu-
<Desc/Clms Page number 3>
mage et la vitesse d'allumage du combustible, la température de combustion etc;
Etant donné la forte sollicitation thermique à laquelle elle est sou- mise, la surface déflectrice 24 est de préférence en un matériau résistant à la chaleur et agencée de façon à pouvoir être remplacée. En vue du réglage de la chambre de combustion, on peut prévoir quelques chambres à gaz susceptibles d'être isolées, par exemple, à l'aide de clapets, de registres, etc.
La chambre médiane libre du brûleur à gaz annulaire 7, convient parti- culièrement pour y loger de façon connue en soi une chambre de combustion auxiliai- re ou secondaire à huile, désignée par 8. L'injecteur d'huile 25, monté centrale- ment et entouré d'ailettes de tourillonnement 26, est situé à l'extrémité supérieu- re de la chambre auxiliaire 8, dont le moufle 27 avec les ouvertures 28, délimite radialement vers l'intérieur la chambre à air 17. Le registre tournant 29 sert à régler la quantité d'air primaire pour la combustion de l'huile.
Les ouvertures d'air, de la chambre secondaire 8, peuvent aussi être utilisées pour l'arrivée d'air secondaire et d'air de mélange, lorsqu'on travaille uniquement au gaz. Pour obtenir dans ce cas un bon mélange de la partie froide de l'air venant de la chambre secondaire 8 avec les gaz de combustion chauds, il est recommandable de donner aux courants tourbillonnants différentes inclinaisons et/ ou directions dans les différentes zones d'alimentation. Dans le cas contraire, c'est-à-dire si on travaille uniquement à l'huile, on peut utiliser pour l'arri- vée de l'air secondaire les chambres à air 12 du brûleur à gaz.
Dans ce mode de travail, les chambres à gaz 11 peuvent aussi être utilisées pour l'arrivée de l'air de combustion, par exemple pour pouvoir couvrir momentanément les besoins dus à une surcharge de peu de durée. Il faut alors monter en amont de la tubulure 20 d'entrée du gaz, un robinet à trois voies 30, qui permet de rac- corder d'une part la conduite de gaz 31 et d'autre part la conduite d'air 32 à la tubulure d'entrée 30.
REVENDICATIONS.
1) Chambre de combustion pour fortes charges thermiques, particuliè- rement pour la combustion de gaz à faible pouvoir calorifique dans des installa- tions de turbines à gaz, dans laquelle le brûleur est constitué par des chambres à gaz et à air alternantes disposées en cercle, d'où le gaz et l'air participant à la combustion s'écoulent dans le sens de la périphérie de la chambre de combus- tion et obliquement à l'axe de celle-ci, caractérisée en ce que les ouvertures en forme de fentes des chambres à gaz et à air sont réunies par paires, et devant chaque paire d'ouvertures est prévue une surface déflectrice qui fait dévier en commun les courants d'air et de gaz dans la direction désirée.