ES2272650T3 - Sistema aeromecanico de inyeccion con generador de torbellino primario antirretorno. - Google Patents
Sistema aeromecanico de inyeccion con generador de torbellino primario antirretorno. Download PDFInfo
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Abstract
Sistema de inyección de una cámara de combustión de turbomotor que tiene, por una parte, una tobera de inyección de carburante (36) que asegura la vaporización del carburante en la cámara de combustión (22) y, por otra parte, un conjunto mezclador/deflector (38), dispuesto coaxialmente con dicha tobera de inyección, y que realiza la mezcla comburente/carburante y la difunde en dicha cámara de combustión, teniendo dicho conjunto mezclador/deflector un primer dispositivo de torbellino (o barrena primaria 40) fijado solidariamente a dicha tobera de inyección y separado de ella una distancia radial constante, y al menos un segundo dispositivo de torbellino (o barrena secundaria 42) dispuestos axialmente a una distancia determinada uno de otro y separados por un dispositivo de venturi (44) dispuesto coaxialmente con dicha tobera de inyección, caracterizado porque dicho dispositivo de venturi tiene una superficie interior (44A) que presenta en una parte aguas arriba una discontinuidad de pendiente P.
Description
Sistema aeromecánico de inyección con generador
de torbellino primario antirretorno.
El presente invento se refiere al campo
específico de los turbomotores y se interesa más particularmente en
el problema planteado por la inyección de carburante en la cámara de
combustión de un turbomotor.
Clásicamente, en un turborreactor o en un
turbopropulsor, como el ilustrado en la figura 4, la inyección de
carburante en la cámara de combustión 50 se realiza a partir de
varios sistemas de inyección 52 en los que cada uno tiene, por una
parte, una tobera de inyección de carburante 54 que asegura la
vaporización del carburante en la cámara de combustión y, por otra
parte, un conjunto mezclador/deflector 56 que realiza la mezcla
comburente/carburante y la difunde en esta cámara de combustión.
Este conjunto mezclador/deflector tiene un primer dispositivo de
torbellino o barrena primario (swirler 58) montado deslizante en la
tobera de inyección de carburante 54 (mediante un manguito 60), un
dispositivo de venturi 62, un segundo dispositivo de torbellino o
barrena secundario 64 y un deflector 66 fijado en el fondo de la
cámara de combustión 68. La solicitud de patente francesa Nº
2.728.330 y la patente de EEUU Nº 5.490.378 son dos ejemplos
perfectos de la técnica anterior. Se observará que en todos los
sistemas de inyección divulgados hasta la fecha, como lo ilustra la
figura 5, la superficie interior del venturi 62A sobre la que va a
impactar el carburante vaporizado por la tobera de inyección 54
muestra siempre una superficie continua (sin discontinuidad de
pendiente) hasta la salida de aire de la barrena primaria.
Esta disposición convencional del sistema de
inyección tiene no obstante el inconveniente importante de
presentar, en ciertos casos particulares de utilización, un riesgo
de autoinflamación de forma que puede provocar una destrucción de
la cámara de combustión. En efecto, el impacto del carburante sobre
la superficie interior del venturi, necesario para obtener una
película de carburante cuya fragmentación en pequeñas gotas finas
esté asegurada por los cizallamientos generados por las barrenas
primaria y secundaria, se traduce a veces en subidas de carburante
en los álabes de la barrena primaria. Además, debido a que la zona
de impacto del carburante sobre esta superficie interior no está
localizada de forma precisa, también puede producirse eventualmente
una inyección de carburante en contracorriente en esta barrena
primaria. Ahora bien, tal retorno de carburante a la barrena
primaria puede contribuir a llevar este carburante al exterior del
tubo de llama y por tanto al riesgo de destrucción del centro de la
cámara de combustión del turbomotor.
El presente invento remedia estos inconvenientes
proponiendo un sistema de inyección de turbomotor que tiene, por
una parte, una tobera de inyección de carburante que asegura la
vaporización del carburante en la cámara de combustión y, por otra
parte, un conjunto mezclador/deflector, dispuesto coaxialmente en
dicha tobera de inyección, y que realiza la mezcla
comburente/carburante y la difunde en dicha cámara de combustión,
teniendo dicho conjunto mezclador/deflector un primer dispositivo
de torbellino (o barrena primaria) y al menos un segundo
dispositivo de torbellino (o barrena secundaria) dispuestos
axialmente a una distancia determinada uno de otro y separados por
un dispositivo de venturi dispuesto coaxialmente en dicha tobera de
inyección, estando dicho primer dispositivo de torbellino fijado
solidariamente a dicha tobera de inyección y separado de ésta una
distancia radial constante, caracterizado porque el dispositivo de
venturi tiene una superficie interior que presente en una parte
aguas arriba una discontinuidad de pendiente.
Preferiblemente, el segundo dispositivo de
torbellino está montado deslizante con respecto a dicha tobera de
inyección por medio de una corona solidaria de dicho segundo
dispositivo de torbellino, y que puede desplazarse,
perpendicularmente a un eje de revolución de dicha tobera de
inyección, en un alojamiento anular de dicho dispositivo de
venturi.
Con este sistema de unión deslizante al nivel de
la única barrena secundaria, se elimina la inyección de carburante
a contracorriente en la barrena primaria.
Según un modo de realización ventajoso la parte
aguas arriba de la superficie interior del dispositivo de venturi
puede tener un desarrollo cóncavo o un desarrollo convexo.
Con esta disposición específica de venturi puede
eliminarse la inyección de carburante por capilaridad en la barrena
primaria.
Las características y ventajas del presente
invento se verán mejor a partir de la siguiente descripción, hecha
a título indicativo y no limitativo, a la vista de los dibujos
anejos, en los que:
- la figura 1 es una vista esquemática en
semisección axial de una parte de inyección de un turbomotor de
acuerdo con el invento,
- la figura 2 es una vista ampliada de una parte
de la figura 1 en un primer ejemplo de realización del invento,
- la figura 3 es una vista ampliada de una parte
de la figura 1 en un segundo ejemplo de realización del invento,
- la figura 4 es una vista esquemática en
semisección axial de una parte de inyección de un turbomotor que
incorpora un sistema de inyección de la técnica anterior, y
- la figura 5 es una vista ampliada de una parte
de la figura 4.
La figura 1 muestra en semisección axial una
parte de inyección de un turbomotor que comprende:
\bullet una envoltura anular exterior (o
cárter exterior) 12, con eje longitudinal 10,
\bullet una envoltura anular interior (o
cárter interior) coaxial 14,
\bullet un espacio anular 16 comprendido entre
las dos envolturas 12 y 14 que recibe el comburente comprimido,
generalmente aire, que procede de aguas arriba de un compresor (no
representado) del turbomotor, a través de un conducto anular de
difusión 18 (se observará la presencia de la rejilla de difusión
18a) que define un flujo general F de flujo de los gases, teniendo
este espacio 16, en el sentido de flujo de estos gases, primeramente
un conjunto de inyección que tiene una pluralidad de sistemas de
inyección 20 fijados en la envoltura anular exterior 12 y
repartidos regularmente alrededor del conducto 18, a continuación
una cámara de combustión anular 22, y finalmente un distribuidor
anular (no representado) que forma una zona de entrada de una
turbina de alta presión.
La cámara de combustión anular está formada por
una pared axial exterior 24 y por una pared axial interior 26, las
dos coaxiales con el eje 10, y por una pared transversal 28 que
forma el fondo de la cámara y provista de una pluralidad de
aberturas 30 para la fijación de los sistemas de inyección. Las
diferentes uniones entre los extremos aguas arriba de las paredes
axiales de la cámara 24, 26, eventualmente los casquetes 32, 34 se
prolongan aguas arriba de estos extremos de pared, y los extremos
rebajados del fondo de cámara 28 se realizan por cualquier medio de
fijación convencional (no representado), por ejemplo bulones con
tornillo de cabeza cónica, preferentemente del tipo de tuerca
prisionera.
Cada sistema de inyección del conjunto de
inyección tiene, por una parte, una tobera de inyección de
carburante 36 que asegura la vaporización del carburante en la
cámara de combustión y, por otra parte, un conjunto
mezclador/deflector 38, coaxial con esta tobera de inyección, y que
realiza la mezcla comburente/carburante y la difunde en esta cámara
de combustión. Este conjunto mezclador/deflector tiene al menos un
primer dispositivo de torbellino o barrena primario (swirler 40), y
un segundo dispositivo de torbellino o barrena secundario 42
separados axialmente uno de otro una distancia determinada, y
separados por un dispositivo de venturi 44. La barrena secundaria
está prolongada por un deflector 46 fijado al fondo de cámara 28 y
que se extiende a través de la abertura 30 en la cámara de
combustión 22.
Según el invento, la barrena primaria 40 está
fijada solidariamente a la tobera de inyección 36, por ejemplo por
medio de un manguito 48, y del que está separada por tanto por una
distancia radial constante. Esta distancia se determina de tal
forma que, cualesquiera que sean los regímenes de funcionamiento del
turbomotor (autorrotación, marcha lenta, a todo gas), el carburante
vaporizado por la tobera de inyección no puede de ninguna forma
impactar sobre la barrena primaria. Así, se puede evitar cualquier
inyección eventual a contracorriente de carburante en esta barrena
primaria resultante de las dispersiones de carburante, que existen
de forma natural, de un inyector al otro (debido a los ángulos de
inyección, a la homogeneidad circunferencial, etc) como rebotes de
carburante sobre el dispositivo de venturi.
Según un primer modo de realización del invento
ilustrado en la figura 2, el dispositivo de venturi tiene además en
su superficie interior 44A una parte aguas arriba que presenta en P
una discontinuidad de pendiente de forma que impida, o al menos
reduzca notablemente, cualquier riesgo de subida del carburante por
capilaridad en la barrena primaria 40 del sistema de inyección 20.
Esta discontinuidad de pendiente efectuada aguas arriba de la
superficie exterior E del cono de inyección de carburante puede, por
ejemplo, estar constituida por un desarrollo cóncavo. En el ejemplo
de realización de la figura 3, esta discontinuidad de pendiente
está, por el contrario, constituida por un desarrollo convexo.
Además, con el fin de dejar un desplazamiento
suficiente entre la tobera de inyección 36 solidaria de la envoltura
exterior 12 y el conjunto mezclador/deflector 38 (especialmente
para absorber las dilataciones térmicas), la barrena secundaria 42
está montada deslizante con respecto a esta tobera de inyección,
perpendicularmente a un eje de revolución S de la tobera, por
ejemplo por medio de una corona 47 fijada en esta barrena secundaria
y que puede desplazarse en un alojamiento anular 49 del dispositivo
de venturi 44. Para este fin, se ha dejado una holgura suficiente
entre la periferia interior de este alojamiento anular y la
periferia exterior de la corona.
Con la configuración de unión deslizante
propuesta, la tobera de inyección está constantemente centrada con
respecto a la barrena primaria y el dispositivo de venturi, evitando
así cualquier inyección de carburante a contracorriente, y la
discontinuidad de pendiente de este venturi permite además evitar
cualquier subida de carburante por capilaridad. Así, con la
estructura particular del invento, se asegura una buena
pulverización del carburante en todas las condiciones de vuelo y
sobre todo en las condiciones particulares más severas de
reencendido en autorrotación con número de Mach bajo, condiciones en
las que las pérdidas de carga de alimentación de aire son demasiado
débiles para garantizar una fragmentación suficiente del carburante
y así acceder a un vasto campo de reencendido.
Claims (4)
1. Sistema de inyección de una cámara de
combustión de turbomotor que tiene, por una parte, una tobera de
inyección de carburante (36) que asegura la vaporización del
carburante en la cámara de combustión (22) y, por otra parte, un
conjunto mezclador/deflector (38), dispuesto coaxialmente con dicha
tobera de inyección, y que realiza la mezcla comburente/carburante
y la difunde en dicha cámara de combustión, teniendo dicho conjunto
mezclador/deflector un primer dispositivo de torbellino (o barrena
primaria 40) fijado solidariamente a dicha tobera de inyección y
separado de ella una distancia radial constante, y al menos un
segundo dispositivo de torbellino (o barrena secundaria 42)
dispuestos axialmente a una distancia determinada uno de otro y
separados por un dispositivo de venturi (44) dispuesto coaxialmente
con dicha tobera de inyección, caracterizado porque dicho
dispositivo de venturi tiene una superficie interior (44A) que
presenta en una parte aguas arriba una discontinuidad de pendiente
P.
2. Sistema de inyección según la reivindicación
1, caracterizado porque dicho segundo dispositivo de
torbellino está montado deslizante con respecto a dicha tobera de
inyección por medio de una corona (47) solidaria de dicho segundo
dispositivo de torbellino, y que puede desplazarse,
perpendicularmente a un eje de revolución S de dicha tobera de
inyección, en un alojamiento anular (49) de dicho dispositivo de
venturi.
3. Sistema de inyección según la reivindicación
1, caracterizado porque dicha parte aguas arriba de la
superficie interior del dispositivo de venturi tiene un desarrollo
cóncavo.
4. Sistema de inyección según la reivindicación
1, caracterizado porque dicha parte aguas arriba de la
superficie interior del dispositivo de venturi tiene un desarrollo
convexo.
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