FR2574859A1 - Systeme de post-combustion - Google Patents

Abstract

SYSTEME DE POST-COMBUSTION PERFECTIONNE COMPORTANT: UN CARTER EXTERIEUR 22 AYANT UNE ENTREE 24 ET UNE SORTIE 26, L'ENTREE POUVANT RECEVOIR LES GAZ DE DECHARGE DU MOTEUR; UN INJECTEUR DE COMBUSTIBLE 36 SITUE DANS L'ENTREE 26 DU CARTER; UN STABILISATEUR DE FLAMME 38 SITUE DANS L'ENTREE 26 DU CARTER ET EN AVAL DE L'INJECTEUR; ET UNE CHEMISE DE SYSTEME DE POST-COMBUSTION ANNULAIRE 40 AYANT DES SURFACES RADIALEMENT INTERIEURE 42 ET EXTERIEURE 44 ET ETANT ECARTEE RADIALEMENT VERS L'INTERIEUR DU CARTER 22, LA SURFACE EXTERIEURE 44 DE LA CHEMISE ET LE CARTER DELIMITANT ENTRE EUX UNE CANALISATION DE DERIVATION 46, LA SURFACE INTERIEURE 42 DE LA CHEMISE DELIMITANT UNE ZONE DE COMBUSTION ANNULAIRE 48 DU SYSTEME DE POST-COMBUSTION, ET LA CANALISATION DE DERIVATION 46 AYANT POUR EFFET DE CANALISER A TRAVERS ELLE UNE PREMIERE PARTIE DE GAZ DE DECHARGE DU MOTEUR SOUS FORME DE GAZ DE CANALISATION DE DERIVATION 50 A PARTIR DE L'ENTREE DU CARTER VERS LA SORTIE DU CARTER, LA CHEMISE COMPRENANT: UNE PREMIERE PARTIE 54 COMPORTANT DES MOYENS DE REFROIDISSEMENT PAR FILM ET SITUEE EN AVAL DU STABILISATEUR DE FLAMME; ET UNE DEUXIEME PARTIE 72 REFROIDIE PAR CONVECTION ET NON PERFOREE, S'ETENDANT A PARTIR D'UNE EXTREMITE AVAL 58 DE LA PREMIERE PARTIE 54 VERS LA SORTIE DU CARTER 26. APPLICATION AUX MOTEURS A TURBINE A GAZ.

Description

/1 La présente invention concerne de manière générale

les moteurs à turbine à gaz comportant un système de post-

combustion, et, plus particulièrement, une chemise perfec-

tionnée pour système de post-combustion qui nécessite des quantités réduites d'air de refroidissement et qui comporte

des moyens perfectionnés de suppression de "crissement".

Les systèmes de post-combustion pour moteur à turbine à gaz comportant des chemises de refroidissement sont connus de la technique. Différents types de chemises de refroidissement sont connus qui ont des performances de niveau variable. Cependant, une chemise de refroidissement doit avoir au moins pour effets de protéger le carter du système de post-combustion des gaz de combustion chauds, de fournir de l'air de refroidissement à une tuyère d'éjection placée à l'extrémité aval du système de post- combustion et de fournir un moyen de suppression de "crissement" dans le

système de post-combustion.

"Crissement" est un terme connu de la technique qui est défini simplement comme étant des oscillations de pression de fréquence élevée, induites par une combustion intense et qui dans, certaines conditions, sont créees dans le système de post-combustion. Voir par exemple le brevet

des Etats-Unis n 3 041 836 qui est incorporé ici par réfé-

rence. Un "crissement" non contr8lé diminue la résistance à

la fatigue vibratoire du système de post-combustion princi-

-2- palement du fait de trois modes de vibrations induites par

le "crissement" qui sont le mode radial, le mode périphé-

rique et le mode axial ainsi que leurs combinaisons.

De préférence, la chemise de refroidissement du système de postcombustion doit fournir un bouclier ther- mique pour le carger et maintenir des niveaux acceptables de

températures de métal qui soient cohérents avec les impéra-

tifs de résistance et de durée de vie du systeme de post-

combustion tout en utilisant la quantité la plus faible

possible d'air de refroidissement de moteur.

Plus particulièrement, le rendement de combustion du système de postcombustion est directement proportionnel à la quantité de gaz d'éjection disponible provenant du moteur à turbine à gaz. En conséquence, tout gaz de décharge du moteur, l'air de dérivation de soufflante par exemple, utilisé pour refroidir la chemise de post-combustion et non

utilisé dans le processus de combustion du système de post-

combustion diminue le rendement et la capacité en tempé-

rature du système de post-combustion. Par conséquent il apparaît que diminuer la quantité d'air de refroidissement nécessaire au système de post-combustion augmente de manière

correspondante le rendement dudit système.

Cependant, les systèmes de post-combustion sont généralement des structures longues si on les compare à la

taille des moteurs et qui doivent s'adapter à des tempéra-

tures de gaz de combustion relativement élevées, ces deux

conditions nécessitant une quantité notable d'air de refroi-

dissement. On connait dans la technique des systèmes de post-combustion pour moteur à turbine à gaz utilisant des structures de refroidissement par film ayant un rendement élevé telles celles que l'on trouve dans les chambres de combustion des moteurs. Le refroidissement par film est

classiquement réalisé par des segments circulaires de re-

froidissement par film comportant des fentes qui sont placées dans des positions axiales relativement proches de

sorte que l'efficacité du refroidissement par film est main-

tenu à un niveau relativement élevé d'une fente à l'autre.

On connait aussi dans la technique des systèmes de

post-combustion utilisant des chemises refroidies par con-

vection. Cependant, les chemises refroidies par convection ne sont pas aussi efficaces que les chemises refroidies par

film et bien qu'elles puissent utiliser moins d'air de re-

froidissement, elles ne sont pas suffisamment efficaces dans

les systèmes de post-combustion avancés ayant des tempéra-

tures de combustion relativement élevées.

Le système de combustion comporte classiquement

aussi certains types de moyens de suppression de "cris-

sement". Par exemple, on connait l'utilisation d'une densité relativement élevée de petits trous dans la section avant d'une chemise à proximité du stabilisateur de flamme du

système de post-combustion pour supprimer le "crissement".

Cependant, dans un mode de réalisation, ces trous de "cris-

sement" communiquent avec une conduite de dérivation de post-combustion se trouvant entre un carter extérieur et la chemise et, par conséquent, ont pour résultat une fuite d'air de refroidissement à travers eux dans le système de

post-combustion. Bien que cette fuite d'air de refroidis-

sement ait pour effet de refroidir le moyen de suppression de "crissement" de la chemise il est moins efficace que les

fentes de refroidissement par film.

La présente invention a donc pour objets de réaliser:

- un nouveau système de post-combustion perfec-

tionné pour moteur à turbine à gaz - une nouvelle chemise perfectionnée pour système de post-combustion nécessitant des quantités réduites d'air de refroidissement pour améliorer les performances et le rendement de fonctionnement du système de post-combustion; - une chemise de système de post-combustion qui divise de manière-plus efficace et utilise plus efficacement -4-- l'air de refroidissement disponible;

- une nouvelle chemise de système de post-combus-

tion comportant des moyens de suppression de "crissement" perfectionnés. On décrit un nouveau système de post-combustion perfectionné pour moteur à turbine à gaz qui comporte une chemise ayant une première partie refroidie par film liée à une deuxième partie refroidie par convection. Un gaz de refroidissement tel que l'air de dérivation de soufflante, est canalisé vers la chemise pour refroidir par film la

première partie et fournir un film de refroidissement rési-

duel à la deuxième partie. La deuxième partie est aussi refroidie par convection par de l'air passant sur une de ses surfaces extérieures. L'utilisation de ces première et deuxième parties de chemise permet une diminution de la quantité nécessaire d'air de refroidissement par rapport à

une chemise comportant seulement des moyens de refroidis-

sement par film sur toute sa longueur axiale. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, la chemise du système de post-combustion comporte aussi une partie de "crissement" placée à une extrémité amont de la première partie et en aval du stabilisateur de flamme. La partie de "crissement" comporte une paroi extérieure pratiquement non performée et une paroi intérieure écartée de la première, les deux parois délimitant entre elles un collecteur. La paroi intérieure comporte une série d'ouverture communiquant

avec la région de combustion. Le collecteur et les ouver-

tures ont pour effet de supprimer le "crissement" tout en empêchant pratiquement la fuite d'air de refroidissement à

travers eux.

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: Figure 1, une vue en coupe d'un moteur à turbine à

gaz comportant un système de post-combustion selon la pré-

sente invention; -5- Figure 2, une vue en coupe agrandie du système de post-combustion de la figure 1;

Figure 3, une vue en coupe isométrique d'une par-

tie refroidie par film de la chemise représentée figure 1; Figure 4, une vue en coupe isométrique d'une

partie de "crissement" de la chemise du système de post-

combustion représentée figure 1; Figure 5, une vue en coupe isométrique d'un autre mode de réalisation de la partie de "crissement" du système de post-combustion de la figure 1; Figure SA, une vue partielle en bout de la partie

de "crissement" du système de post-combustion de la figure 5.

On a représenté figure 1 ủn moteur à turbo-souf-

flante 10 du type à taux de dilution, comportant un système de postcombustion 12 selon un mode de réalisation de la présente invention. Le système de post-combustion est fixé de manière appropriée à l'extrémité aval du moteur 10, par exemple par une bride de montage annulaire 14. Le moteur 10

comporte une soufflante 16 à son extrémité amont et un géné-

rateur de gaz 18 qui comprend un compresseur, une chambre de combustion et une turbine (non représentés), communiquant -avec la soufflante 16. Un canal de dérivation de soufflante

est réalisé autour du générateur de gaz 18.

Le système de post-combustion 12 comporte un carter extérieur cylindrique 22 ayant une entrée 24 situé à

son extrémité amont et une sortie 26 à son extrémité aval.

Un ensemble de tuyère d'éjection classique 28 ayant une série de volets variables disposés circulairement est fixé

de manière appropriée à la sortie du carter 26.

La structure de base et le fonctionnement du moteur 10 du type à taux de dilution élevé sont décrits de manière détaillée dans le brevet des Etats Unis n 3 750 402

incorporé ici par référence.

L'écoulement d'air total du moteur représenté par la totalité de l'air de soufflante 30 pénétrant dans la - 6 - soufflante 16: c'est-à-dire 100%, est dirigé de manière appropriée dans le moteur 10. A titre d'exemple, on indique ici des proportions de gaz s'écoulant dans le moteur 10 et dans le système de post-combustion 12 pour permettre de mieux apprécier les avantages de la présente invention. Environ 30% de l'air de soufflante 30 est dirigé dans la

conduite de dérivation 20 comme air de dérivation de souf-

flante 32, et environ 70 % de l'air de soufflante 30 est

envoyé dans le générateur de gaz 18 et mélangé avec le com-

bustible pour créer les gaz de combustion 34 qui sont dé-

chargés du générateur de gaz 18. L'air de dérivation de soufflante 32 représente une première partie de la totalité de l'écoulement d'air du moteur 30, ou, exprimé sous une autre forme, de la totalité des gaz éjectés du moteur 10 et les gaz de combustion 34 représentent une deuxième partie complémentaire de la totalité de l'écoulement d'air 30 du

moteur ou de la totalité des gaz éjectés par le moteur 10.

La totalité des gaz de décharge du moteur (c'est-à-dire l'air de dérivation 32 plus les gaz de combustion 34) est alors dirigée de manière appropriée à partir de la conduite de dérivation 20 et du générateur de gaz 18 vers le système

de post-combustion 12.

Le système de post-combustion 12, selon un mode de réalisation recommandé de la présente invention et tel que plus particulièrement représenté figure 2, comporte une série d'injecteurs de combustible 36 répartis circulairement

disposés dans l'entrée 24. Un stabilisateur de flamme annu-

laire classique 38 est situé en aval des injecteurs de com-

bustible 36. Le système de post-combustion 12 comporte en

outre une chemise annulaire de refroidissement de post-

combustion 40 ayant une surface radialement intérieure 42 et une surface radialement extérieure 44. Le carter 22 et la surface extérieure de la chemise 44 délimitent entre eux un passage de refroidissement 46 ou canalisation de dérivation de système de post-combustion et la surface intérieure 42 de 7' la chemise définit une zone de combustion 48 pour le système

de post-combustion.

Le système de post-combustion 12 comporte en outre

un mélangeur à pétales 49 classique relié de manière appro-

priée au générateur de gaz 18 et s'étendant vers et écarté

d'une extrémité amont de la chemise de post-combustion 40.

La conduite de dérivation 20 de soufflante est disposée de manière à communiquer avec la canalisation de dérivation 46 du système de postcombustion et le mélangeur 49 de sorte qu'une partie de l'air de dérivation de soufflante 32 est envoyée dans la canalisation de dérivation 46 comme air de refroidissement 50 de ladite canalisation de dérivation. La partie restante de l'air de dérivation 32 est dirigée dans

le mélangeur 49 vers le stabilisateur de flamme 38 se trou-

vant dans l'entrée 24 en tant qu'air de combustion 52 de

système de post-combustion.

Des essais, effectués uniquement dans un but de comparaison, indiquent que la présente invention permet d'obtenir une quantité réduite d'air de refroidissement 50 de canalisation de dérivation, représentant environ 10% de la totalité de l'écoulement d'air du moteur 30, avec l'air de combustion 52 représentant environ 20% de la totalité de l'écoulement d'air du moteur 30. L'air de combustion 52 est envoyé vers le stabilisateur de flamme 38 et rejoint les gaz de combustion 34 et leur combinaison représente environ 90%

de la totalité de l'écoulement d'air du moteur 30. Les es-

sais montrent aussi que pour des conditions de fonctionne-

ment comparables, incluant des températures de chemise de système de postcombustion comprises entre environ 593 C et

816 C, une conception classique de système de post-combus-.

tion ayant principalement des moyens de refroidissement par

film nécessite un air de canalisation de dérivation 50 re-

présentant environ 15% de l'écoulement d'air 30 pour refroi-

dir de manière appropriée la chemise, avec seulement 15% de l'écoulement d'air 30 utilisé comme air de combustion 52. En -8- temps que résultat direct de la présente invention, les essais suggèrent que l'air de canalisation de dérivation 50 peut être diminué de 15% à environ 10%, soit une réduction d'un tiers, et l'air de combustion 52 peut être augmenté de 15% à environ 20% pour augmenter le rendement du système de post-combustion 12 tout en maintenant un refroidissement

acceptable de la chemise 40 à l'intérieur la gamme de tem-

pératures de chemise. Les résultats des essais suggèrent

aussi qu'à partir d'une réduction de l'air de refroidis-

sement de canalisation de dérivation 50 d'environ 5%, on obtient au moins une augmentation de 5%- de l'efficacité du

système de post-combustion.

Plus particulièrement, et en liaison avec les figures 2 et 3, la chemise 40 du système de post-combustion,

selon un mode de réalisation de la présente invention, com-

porte une première partie 54 ayant des moyens classiques de refroidissement par film 55 situés en aval du stabilisateur de flamme 38. La première partie 54 comporte une extrémité

amont 56 et une extrémité aval 58. Le moyen de refroidis-

sement par film 55 comprend une série de segments de refroi-

dissement 60 répartis axialement et s'étendant circulaire-

ment, chacun comprenant des parties délimitant un évidement annulaire 62 s'étendant circulairement. Les segments 60 comportent aussi une série d'ouvertures d'entrée réparties circulairement 64, placées de manière à communiquer avec la

canalisation de dérivation 46. Les segments 60 ont des di-

mensions prédéterminées pour collectivement recevoir une première partie 66 de l'air de canalisation de dérivation 50 et le diriger dans une fente regardant vers l'intérieur 68

du segment 60 pour créer une couche limite d'air de refroi-

dissement 70 le long de la surface intérieure 42a de la

première partie de chemise.

Comme représenté figure 2, la chemise 40 comporte en outre une deuxième partie 72 refroidie par convection, pratiquement non perforée, s'étendant de l'extrémité aval 58 vers la sortie du carter 26. La deuxième partie de chemise

72 comporte une extrémité amont 74 reliée de manière appro-

priée à l'extrémité aval 58 de la première partie de chemise 54, et une extrémité aval 76. La deuxième partie de chemise 72 comprend de préférence une série de plis de raidissement 78 ayant une forme générale d'onde, répartis axialement et s'étendant circulairement. L'extrémité aval 76 est écartée vers l'amont de l'ensemble de tuyère 28 pour délimiter une ouverture annulaire de décharge 80 de la canalisation de

dérivation 46 du système de post-combustion.

Une deuxième partie 82 de l'air de canalisation de dérivation 50, qui reste après que la première partie 66 soit envoyée dans les ouvertures 64, s'écoule sur la surface extérieure 44b de la deuxième partie de chemise 72 pour la refroidir par convection. Ensuite, cette deuxième partie d'air 82 est dirigée vers l'ouverture de décharge 80 qui est disposée de manière appropriée et a des dimensions telles qu'elle peut établir un refroidissement par film des volets de l'ensemble de tuyère 28. Selon un mode de réalisation de

l'invention, la deuxième partie 82 d'air de dérivation re-

présente environ 7% de l'écoulement d'air total du moteur

, et avec la première partie 66 d'air de dérivation d'en-

viron 3%, représente la totalité de l'écoulement d'air de

canalisation de dérivation 50 qui est égal à environ 10%.

On remarquera que pour refroidir de manière effec-

tive la chemise 40 et la tuyère d'éjection 28, les ouver-

tures d'entrée 64 des segments et l'ouverture de décharge 80

de la canalisation de dérivation ont des dimensions prédé-

terminées pour collectivement canaliser à travers elles pratiquement tout l'air de canalisation de dérivation 50. Il

n'est pas nécessaire d'avoir une quantité d'air de refroi-

dissement supplémentaire.

Un autre élément significatif de la présente in-

vention, tel que représenté figures 2 et 4, est constitué par le moyen de suppression du "crissement", ou- exprimé

- 10 -

autrement, par une troisième partie de chemise 84 située en aval du stabilisateur de flamme 38 et s'étendant de l'aval vers l'extrémité amont 56 de la première partie de chemise 54. Le moyen de suppression de crissement 84 a pour effet de supprimer le "crissement" dans le système de post-combustion

12 et comprend une extrémité amont 86 fixée de manière ap-

propriée au carter 22 et une extrémité aval 88 fixée de manière appropriée à l'extrémité amont 56 de la première partie de chemise 54. La troisième partie de chemise 84 (ou moyen de suppression de "crissement") comporte en outre une paroi intérieure cylindrique regardant radialement vers

l'intérieur 90 et comprenant une série d'ouvertures 92 com-

muniquant avec la zone de combustion 48, dimensionnées et disposées de manière à pouvoir supprimer le "crissement". La troisième partie de chemise 84 comprend aussi une paroi extérieure regardant radialement vers l'extérieur 94 qui est écartée de la paroi intérieure 90 pour délimiter avec cette dernière un collecteur de préférence vide 96 situé entre elles, et elle est écartée du carter 22 pour délimiter une partie de la canalisation de dérivation 46. La troisième partie de chemise peut être refroidie par convection de manière efficace par l'air de dérivation 50 qui s'écoule

dessus. Le collecteur 96 et les ouverturs 92 ont des dimen-

sions prédéterminées pour diminuer le "crissement" dans le

système de post-combustion 12.

On remarquera que la paroi extérieure 94 de la partie de chemise 84 est de préférence non perforée et par conséquent ne permet pas de fuite de l'air de dérivation 50 à partir de la canalisation de dérivation 46 dans la zone de combustion 48. L'élimination des fuites d'air dans la partie

de "crissement" 84 améliore le rendement du système de post-

combustion. Cependant, la paroi 94 peut être pratiquement non perforée mais comporter une série de trous d'évacuation relativement petits 98 comme représentés en figure 4, qui

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ont pour effet d'empêcher le refoulement des gaz à partir de la zone 48 dans le collecteur 96. Le refoulement n'est pas souhaitable parce que, par exemple, il permet à un mélange combustible/air de se créer dans le collecteur 96 et de former des dép6ts non souhaitables dans ce collecteur qui

peuvent diminuer les performances de suppression de "crisse-

ment". Par conséquent, les trous d'évacuation 98 ont des dimensions qui permettent l'écoulement d'une relativement faible quantité d'air, c'est-àdire d'une troisième partie de l'air de dérivation 50 représentant environ 0,5% de la

totalité de l'écoulement d'air 30 du moteur.

On remarque donc que le système de post-combustion 12 de la présente invention est muni de nouveaux éléments et réalise un nouveau mode de coopération entre eux qui permet une réduction de la quantité d'air nécessaire pour refroidir la chemise 40 tout en fournissant des moyens perfectionnés de suppression de "crissement" 84. En particulier, tandis

que les moyens de suppression de crissement classiques com-

portaient typiquement une série de trous qui laissaient fuir

l'air de canalisation de dérivation dans la chambre de com-

bustion, la partie de chemise 84 de la présente invention diminue cet écoulement jusqu'à ce qu'il soit minimum ou même presque nul. On a découvert que l'effet de refroidissement

de l'air passant dans les moyens de suppression de "crisse-

ment" classiques, nécessaires pour les applications à tempé-

ratures élevées dans lesquelles les températures de chemises

doivent être maintenues au-dessus de 816 C n'est pas néces-

saire pour la partie de chemise 84. On pense que, dans la mesure o la partie de chemise 84 est située immédiatement en aval du stabilisateur de flamme 38 et en amont de la partie centrale de la zone de combustion 48, elle n'est pas

soumise aux températures relativement élevées et, par consé-

quent que le refroidissement par convection de la paroi extérieure 94 est suffisant pour maintenir des températures

de métal acceptables de la partie de chemise 84.

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En outre, en réalisant à la fois une partie de chemise refroidie par film 54 et une partie de chemise non perforée refroidie par convection 72 coopérant de manière prédéterminée comme représentée ici, on peut diminuer les quantités d'air de refroidissement. On remarquera que des essais initiaux du moteur avec deux conceptions de chemises de système de post-combustion ont été conduits pour évaluer le rendement pour un moteur à taux de dilution élevé tel que

le moteur 10.

Dans un essai, une chemise refroidie uniquement par film ayant des trous de suppression de "crissement"

présentait une bonne capacité de suppression de "crissement".

Dans un autre essai, une partie de chemise présen-

tant des circonvolutions et refroidie par film (telle que la partie de chemise 72) était située à une extrémité amont de la chemise et une partie de chemise refroidie par film (telle que la partie de chemise 54) était située à une

extrémité aval. Cette chemise convection/film était inaccep-

table pour ce moteur car du "crissement" et des "bandes

chaudes" apparaissaient.

On a déduit de ces essais que des segments de refroidissement par film correctement situés ont pour effet

supplémentaire de diminuer le "crissement" et qu'une combi-

naison de chemise comportant une partie amont refroidie par film et une partie aval refroidie par convection pouvait

diminuer le "crissement", fournir un refroidissement accep-

table de la chemise sans bandes chauds, et diminuer les

quantités d'air de refroidissement nécessaires.

En conséquence, en utilisant la partie de chemise 84 pour réaliser un moyen supplémentaire de réduction de "crissement", suivie en aval par la partie refroidie par film 54 et la partie refroidie par convection 72, on a trouvé que l'on pouvait obtenir un rendement amélioré du système de post-combustion 12 avec des quantités réduites

d'air de refroidissement.

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En particulier, dans la mesure o la partie re-

froidie par film 54 est située centralement dans le système de postcombustion 12 et est placée de manière générale en alignement radial (dans la même position axiale) avec le centre de la zone de combustion 48 subissant la charge de chaleur par rayonnement la plus élevée, l'efficacité de refroidissement relativement élevée du refroidissement par film est utilisé de la manière la plus efficace. En plaçant

la partie de chemise refroidie par convection 72 à l'extré-

mité aval du système de post-combustion 12, le refroidisse-

ment par convection, qui est relativement moins efficace si on le compare au refroidissement par film, est adéquat pour la charge de chaleur rayonnante relativement plus faibles

subie dans cette région.

En outre, la partie de chemise 72 est, grâce à cela, située là o la pression de la deuxième partie d'air de canalisation de dérivation 82 est relativement supérieure à celle des gaz de combustion de la zone 48 qui diminue vers l'aval. En conséquence, dans la mesure o le transfert de chaleur par convection est supérieur pour un différentiel de pression accru, la partie de chemise 72 est mieux refroidie

dans sa position aval que si elle était située à une extré-

mité amont de la chemise 40 et en amont de la partie refroi-

die par film 54. La partie de chemise 72 tire aussi avantage d'une couche limite d'air de refroidissement résiduel de la partie de chemise 54 située en amont qui lui fournit un

refroidissement supplémentaire (voir l'air de refroidisse-

ment par film 70 de la figure 2).

On a représenté figures 5 et SA un autre mode de

réalisation recommandé 84a de la partie de chemise 84 repré-

sentée figures 2 et 4, qui comporte une série de séparations 102 réparties axialement, s'étendant circulairement qui se placent entre les parois intérieure et extérieure 90a et

94a, pour délimiter une série de compartiments de collec-

teurs 96a répartis axialement. Dans ce mode de réalisation,

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la paroi extérieure 94a comporte une ouverture d'entrée annulaire relativement petite ou fente 98a. La paroi 94a comporte de préférence une série de découpes 104 réparties circulairement à une de ses extrémités amont qui est en contact avec une extrémité aval d'une paroi adjacente 94a pour diviser la fente 98a en une série de parties réparties

circulairement. Dans la mesure o le différentiel de pres-

sion agissant sur la chemise 40 représentée figure 2 varie selon la direction axiale, les compartiments de collecteurs 96a peuvent avoir des dimensions prédéterminées en rapport avec les ouverturs 92a et 98a pour s'adapter aux variations axiales de chute de pression à travers la partie de chemise 84a pour minimiser les fuites d'air à travers les ouvertures

92a tout en maintenant un refoulement adéquat.

Bien que l'on ait décrit ici des modes de réali-

sation recommandés de la présente invention, d'autres modes de réalisation peuvent apparaître à l'homme de l'art. Par exemple, bien qu'ici on utilise de l'air de dérivation de soufflante, un gaz de refroidissement pour refroidir la chemise 40 du système de post- combustion comprenant les gaz de combustion 34 pourrait être aussi utilisé. En outre, - d'autres types de partie de chemises refroidies par film et

par convection peuvent être aussi utilisés.

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Claims (24)

REVENDICATIONS

1. Système de post-combustion pour moteur à turbine à gaz caractérisé en ce qu'il comporte: - un carter extérieur (22) ayant une entrée (24) et une sortie (26), l'entrée pouvant recevoir les gaz de décharge du moteur; - un injecteur de combustible (36) situé dans l'entrée (26) du carter; - un stabilisateur de flamme (38) situé dans l'entrée (26) du carter et en aval de l'injecteur; et

- une chemise de système de post-combustion annu-

laire (40) ayant des surfaces radialement intérieure (42) et

extérieure (44) et étant écartée radialement vers l'inté-

rieur du carter (22), la surface extérieure (44) de la chemise et le carter délimitant entre eux une canalisation de dérivation (46), la surface intérieure (42)= de la chemise délimitant une zone de combustion annulaire (48) du système de post-combustion, et la canalisation de dérivation (46) ayant pour effet de canaliser à travers elle une première partie de gaz de décharge du-moteur sous forme de gaz de canalisation de dérivation (50) à partir de l'entrée du carter vers la sortie du carter, la chemise comprenant: une

première partie (54) comportant des moyens de refroidisse-

ment par film et située en aval du stabilisateur de flamme; et une deuxième partie (72) refroidie par convection et non perforée, s'étendant à partir d'une extrémité aval (58) de la première partie (54) vers la sortie du carter (26)

2. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 1, -caractérisé en ce que les moyens de refroidisse-

ment par film de la première partie de chemise (54) comporte une série de segments de refroidissement (60) axialement répartis, chaque segment comprenant un évidement annulaire (62) s'étendant radialement vers l'extérieur ayant une série

d'ouvertures d'entrée (64) réparties circulairement communi-

quant avec la canalisation de dérivation (46), les segments

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(60) étant dimensionnés pour recevoir une première partie (66) des gaz de canalisation de dérivation (50) pour créer une première couche limite (70) de gaz de refroidissement le long de la surface intérieure (42a) de la première partie de chemise; et la deuxième partie de chemise (72) comportant

une série de plis (78) axialement espacés s'étendant circu-

lairement, la surface extérieure (44b) de la deuxième partie de chemise (72) pouvant être refroidie par convection par

les gaz de canalisation de dérivation (50) s'écoulant dessus.

3. Système -de post-combustion selon la revendi-

cation 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un ensemble de tuyère d'éjection (28) ayant des volets et situé à la sortie du carter (26) et communiquant avec cette dernière, la deuxième partie de chemise (72) comportant en outre une extrémité aval (76) écartée vers l'amont de l'ensemble de tuyère (28) pour délimiter une ouverture de décharge annulaire (80) de la canalisation de dérivation du système de postcombustion, cette ouverture de décharge (80) étant disposée et dimensionnée pour recevoir une deuxième partie (82) des gaz de canalisation de dérivation (50) et créer une couche limite de refroidissement de gaz le long

des volets de l'ensemble de tuyère.

4. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 3, caractérisé en ce que les ouvertures d'entrée (64) des segments (60) et l'ouverture de décharge (80) de la canalisation de dérivation (46) ont des dimensions qui leur permettent ensemble de canaliser pratiquement tous les gaz

de canalisation de dérivation (50).

5. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 2, caractérisé en ce que les gaz de canalisation de dérivation (50) sont constitués par de l'air de dérivation

de soufflante (32) qui s'écoule du moteur à turbine à gaz.

6. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que la chemise (40) du système

de post-combustion comporte en outre des moyens pour suppri-

-17 - mer le "crissement" (84) situés entre le stabilisateur de

flamme (30) et la première partie de chemise (54).

7. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que la chemise du système com-

porte en outre une troisième partie ou partie de "crisse- ment" (84) située en aval du stabilisateur de flamme (38) et

s'étendant en aval vers l'extrémité amont (56) de la pre-

mière partie de chemise (54) et ayant pour effet de sup-

primer le "crissement" dans le système de post-combustion.

8. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 7, caractérisé en ce que la partie de "crissement" (84) de la chemise comprend une paroi regardant radialement vers l'intérieur (90) ayant une série d'ouvertures (92) communiquant avec la zone de combustion (48) et dimensionnée

de manière à supprimer le "crissement".

9. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 8, caractérisé en ce que la partie de "crissement" (84) de la chemise comporte en outre une paroi radialement

extérieure (94) écartée de la paroi intérieure (90) et déli-

mitant avec cette dernière un collecteur (96), le collecteur

(96) et les ouvertures (92) étant diemnsionnés pour sup-

primer le "crissement".

10. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 9, caractérisé en ce que les ouvertures (92) de la

paroi intérieure (90) sont circulaires et regardent prati-

quement radialement vers l'intérieur.

11. Système de post-combustion selon la revendica-

tion 9, caractérisé en ce en ce que la paroi extérieure (94)

est non perforée.

12. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 9, caractérisé en ce que la paroi extérieure (94) comporte seulement une série de trous d'évacuation (98)

relativement petits dimensionnés pour recevoir des gaz pro-

venant de la canalisation de dérivation (46) pour empêcher le refoulement des gaz de la zone de combustion (40) dans le

- 18 -

collecteur (96).

13. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 9, caractérisé en ce que la partie de "crissement"

(84) de la chemise (40) comporte en outre une série de sé-

parations (102) s'étendant circulairement axialement répar-

ties, s'étendant entre les parois intérieure (90a) et exté-

rieure (94a) pour délimiter une série de compartiments de collecteur annulaires (96a) ayant pour effet de s'adapter aux variations axiales de chute de pression à travers la

partie de "crissement".

14. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que la chemise du système com-

porte en outre des moyens pour supprimer le "crissement" comprenant une partie d'extrémité amont (56) de la chemise

(40) située en aval du stabilisateur de flamme (38) et com-

prenant des parois intérieure (90) et extérieure (94) radia-

lement espacées définissant un collecteur (96) entre elles, la paroi intérieure (90) comportant une série d'ouvertures circulaires (92) regardant pratiquement radialement vers l'intérieur et communiquant avec la zone de combustion (48),

le collecteur (96) et les ouvertures (92) ayant des dimen-

sions permettant de supprimer le "crissement"; et la paroi extérieure (94) comportant une série de trous d'évacuation (98) relativement petits pour empêcher le refoulement des gaz de la zone de combustion (48) dans le

collecteur (96).

15. Système de post-combustion pour moteur à tur-

bine à gaz caractérisé en ce qu'il comporte: - un carter extérieur (22) ayant une entrée (24) et une sortie (26), l'entrée pouvant recevoir les gaz de décharge du moteur; - un injecteur de combustible (36) situé dans l'entrée (26) du carter; - un stabilisateur de flamme (38) 'situé dans l'entrée (26) du carter et en aval de l'injecteur; et

- 19 -

- une chemise de système de post-combustion annu-

laire (40) ayant des surfaces radialement intérieure (42) et

extérieure (44) et étant écartée radialement vers l'inté-

rieur du carter -(22), la surface extérieure (44) de la chemise et le carter (22) délimitant entre eux une canalisa- tion de dérivation (46), la surface intérieur (42) de la chemise délimitant une zone de combustion annulaire (48) du système de post-combustion, et la canalisation de dérivation (46) ayant pour effet de canaliser à travers elle une première partie de gaz de décharge du moteur sous forme de gaz de canalisation de dérivation (50) à partir de l'entrée du carter (24) vers la sortie (26) du carter, la chemise comprenant: - une- première partie (54) comportant des moyens

de refroidissement par film et située en aval du stabili-

sateur de flamme;

- une deuxième partie (72) refroidie par convec-

tion et non perforée s'étendant à partir d'une extrémité aval (58) de la première partie (54) vers la sortie du carter, et - une troisième partie de "crissement" (84) située en aval du stabilisateur de -flamme (38) et s'étendant en aval vers une extrémité amont (56) de la première partie (54) de chemise, la partie -de "crissement" comportant une

paroi cylindrique (90) regardant radialement vers l'inté-

rieur comprenant une série d'ouvertures (92) communiquant avec la zone de combustion (48) et une paroi radialement extérieure (94) pratiquement non perforée écartée de la paroi intérieur (90) et délimitant avec cette dernière un collecteur (96), le collecteur (96) et les ouvertures (92) étant dimensionnés pour supprimer le "crissement" dans le

système de post-combustion.

16. Système de post-combustion selon la revendica-

tion 15, caractérisé en ce que les- moyens de refroidissement

par film de la première partie de chemise (54) sont consti-

- 20 -

tués par une série de segments de refroidissement (60)

axialement répartis, chacun comportant un évidement annu-

laire (62) s'étendant radialement vers l'extérieur ayant une série d'ouvertures d'entrée (64) réparties circulairement communiquant avec la canalisation de dérivation (46), les segments étant dimensionnés pour recevoir une première partie (66) des gaz de canalisation de dérivation (50) pour créer une couche limite de refroidissement (70) de gaz le long de la surface intérieur (42a) de la première partie de chemise, le système de post-combustion comportant en outre une tuyère d'éjection (28) ayant des volets situés à la sortie du carter (22) et communiquant avec ce dernier; la deuxième partie de chemise (72) comportant en outre une extrémité aval (76) écartée vers l'amont de la

tuyère (28) pour délimiter une ouverture annulaire de dé-

charge (80) de la canalisation de dérivation (46) du système

de post-combustion, l'ouverture de décharge (80) étant dis-

posée et dimensionnée pour recevoir une deuxième partie (82) des gaz de canalisation de dérivation (50) et créant une couche limite de gaz de refroidissement le long des volets de la tuyère; et les ouvertures d'entrée (64) des segments (60) et l'ouverture de décharge (80) de la canalisation (46) étant dimensionnées pour collectivement canaliser pratiquement

tous les gaz de canalisation de dérivation (50).

17. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 16, caractérisé en ce que les gaz de canalisation de dérivation (50) sont constitués par l'air de dérivation (46)

de soufflante (32) s'écoulant du moteur à turbine a gaz.

18. Moteur à turbine à gaz caractérisé en ce que; - un carter extérieur (22) ayant une entrée (24) et une sortie (26), l'entrée pouvant recevoir les gaz de décharge (80) du moteur; - un injecteur de combustible (36) situé dans l'entrée du carter (22);

- 21 -

- un stabilisateur de flamme (38) situé dans l'entrée (26) du carter et en aval de l'injecteur; et - une chemise (40) de système de post- combustion annulaire (48) ayant des surfaces radialement intérieur (42) et extérieure (44) et étant écartée radialement vers l'intérieur du carter, la surface extérieure (44) de la

chemise et le carter (22) délimitant entre eux une canali-

sation de dérivation (46), la surface intérieur (42) de la chemise délimitant une zone de combustion annulaire (48) du système de postcombustion, et la canalisation de dérivation (46) ayant pour effet de canaliser à travers elle de l'air de dérivation de soufflante à partir de l'entrée (24) du carter vers la sortie (26) du carter, la chemise comportant: - une première partie (54) ayant des moyens de refroidissement par film, située en aval du stabilisateur de

flamme (38), qui comporte une série de segments de refroi-

dissement (60) répartis axialement, chaque segment compor-

tant un évidement- annulaire (62) s'étendant radialement vers l'extérieur, ayant une série d'ouvertures d'entrée (64) réparties circulairement communiquant avec la canalisation de dérivation (46), les segments étant dimensionnés pour recevoir une première partie (66) de l'air de canalisation de dérivation (50) pour créer une couche limite (70) d'air de refroidissement le long de la surface intérieur (42a) de la première partie de chemise (72); une deuxième partie (72) refroidie par convection, non perforée, s'étendant à partir d'une extrémité aval (58) de la première partie (54) vers la sortie de carter (26) et ayant une série de plis (58) répartis axialement s'étendant circulairement, la surface extérieure (44a) de la deuxième

partie de chemise (72) pouvant être refroidie par convec-

tion par l'air de canalisation de dérivation (50); - la deuxième partie de chemise (72) comportant en outre une extrémité aval (76) écartée vers l'amont de la

tuyère pour délimiter une ouverture annulaire (80) de dé-

- 22 -

charge (80) de canalisation de dérivation (46) du système de

post-combustion, l'ouverture de décharge (80) étant dimen-

sionnée pour recevoir une deuxième partie (82) de l'air canalisation de dérivation (50) et créant une couche limite d'air de refroidissement le long des volets de la tuyère, les ouvertures d'entrée (64) des segments et l'ouverture de décharge (80) de la canalisation étant dimensionnés pour canaliser ensemble pratiquement tout l'air de canalisation de dérivation (50); et - une troisième partie de "crissement "(84) située en aval du stabilisateur de flamme (38) et s'étendant en aval vers une extrémité amont (56) de la première partie (54) de chemise (72) et comportant une paroi radialement

intérieur (90) ayant une série d'ouvertures (92) communi-

quant avec la zone de combustion (48) et une paroi radia-

lement extérieure (94) espacée de la paroi intérieur (42) et délimitant avec elle un collecteur (96), le collecteur (96) et les ouvertures (92) étant dimensionnés pour supprimer le "crissement"dans le système de postcombustion, la paroi radialement extérieure (94) comportant une série de trous d'évacuation (98) relativement petits dimensionnés pour

empêcher le refoulement des gaz à partir de la zone de com-

bustion (48) dans le collecteur (96).

19. Pour un système de post-combustion de moteur à turbine à gaz comportant une chemise (40) délimitant une zone de combustion (48), un carter (22) espacé radialement vers l'extérieur de la chemise et définissant avec elle une canalisation de dérivation (46) et un stabilisateur de flamme (38) situé à une entrée (24) du carter, une chemise perfectionnée (40), caractérisée en ce qu'elle comporte: - une partie de "crissement" (84) que l'on peut placer en aval du stabilisateur de flamme (38) et ayant des moyens pour supprimer le "crissement" dans le système de combustion; - une première partie (S4) ayant des moyens de

- 23 -

refroidissement par film et étant fixée rigidement à et disposée en aval de la partie de "crissement" (84); et une deuxième partie (72) refroidie par convection, non perforée, fixée rigidement à et placée en aval de la première partie (54).

20. Chemise de système de post-combustion selon la revendication 19, caractérisée en ce que la partie de

"crissement" (84) comporte une paroi cylindrique (90) regar-

dant radialement vers l'intérieur, ayant une série d'ouver-

tures (92) communiquant avec la zone de combustion (48) et

une paroi regardant radialement vers l'extérieur (94) écar-

tée de la paroi intérieur (42) et délimitant entre elles un collecteur (96), le collecteur (96) et les ouvertures (92) étant dimensionnés pour supprimer le "crissement"; les moyens de refroidissement par film de la

première partie comportant une série de segments de refroi-

dissement (60) répartis axialement, chaque segment compor-

tant un évidement annulaire (62) s'étendant radialement vers l'extérieur ayant une série d'ouvertures (64) d'entrée réparties circulairement communiquant avec la canalisation de dérivation (46); et - une deuxième partie (72) comportant une série de

plis axialement répartis s'étendant circulairement.

21. Système de postcombustion selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que les gaz de décharge du moteur comprennent la totalité de l'écoulement d'air du moteur (30) et en ce que la canalisation de dérivation (46) est dimensionnée pour canaliser environ 10% de la totalité

de l'écoulement d'air du moteur en tant que gaz de canali-

sation de dérivation (50).

22. Système de post-combustion selon la reven-

dication 16, caractérisé en ce que les gaz de décharge du moteur comprennent la totalité de l'écoulement d'air du moteur (30) et en ce que la canalisation de dérivation (46) est dimensionnée pour canaliser environ 10% de la totalité -24-

de l'écoulement d'air du moteur en tant que gaz de canalisa-

tion de dérivation (50)

23. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 18, caractérisé en ce que la canalisation de dériva-

S tion (46) est dimensionnée pour canaliser environ 10% de

l'écoulement d'air total du moteur en tant que gaz de cana-

lisation de dérivation (50).

24. Système de post-combustion selon la revendi-

cation 18, caractérisé en ce que les première (66) et deuxième (82) parties de l'air de canalisation de dérivation (46) sont environ respectivement 3 pourcent et 7 pourcent de

l'écoulement d'air total du moteur (30).