FR2996286A1

FR2996286A1 - Dispositif d'injection pour une chambre de combustion de turbomachine

Info

Publication number: FR2996286A1
Application number: FR1259234A
Authority: FR
Inventors: Matthieu Francois Rullaud; Galadriel Dancie; Romain Nicolas Lunel; Thomas Olivier Marie Noel
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-04-04
Anticipated expiration: 2032-09-28
Also published as: FR2996286B1; GB201317283D0; US9360218B2; US20140090381A1; GB2509352A; GB2509352B

Abstract

Dispositif (10') d'injection de carburant pour une turbomachine, comprenant un injecteur pilote débouchant dans un venturi (20) et une rangée annulaire d'orifices d'injection multipoint (36) débouchant axialement vers l'aval et radialement à l'extérieur du venturi, ce venturi étant relié à son extrémité aval à une paroi de séparation (40'), caractérisé en ce que le bord périphérique externe (42') de cette paroi de séparation a un diamètre (B') supérieur à celui de la rangée annulaire (A) d'orifices d'injection, de sorte que la paroi de séparation forme un écran de protection thermique de ces orifices contre des rayonnements thermiques provenant de la chambre.

Description

DISPOSITIF D'INJECTION POUR UNE CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE La présente invention concerne un dispositif d'injection de carburant « multipoint » pour une chambre annulaire de combustion d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. De manière connue, une turbomachine comprend une chambre annulaire de combustion agencée en sortie d'un compresseur haute pression et pourvue d'une pluralité de dispositifs d'injection de carburant régulièrement répartis circonférentiellement à l'entrée de la chambre de combustion. Un dispositif d'injection « multipoint » comprend un venturi à l'intérieur duquel est monté un injecteur pilote centré sur l'axe du venturi et alimenté en permanence par un circuit pilote et un second venturi coaxial au premier et entourant celui-ci. Ce second venturi comprend une chambre annulaire à son extrémité amont qui est alimentée en carburant par un circuit de carburant et qui distribue le carburant à des orifices d'injection débouchant axialement vers l'aval. Le circuit pilote fournit en permanence un débit de carburant optimisé pour les bas régimes et le circuit multipoint fournit un débit de carburant intermittent optimisé pour les hauts régimes.

Toutefois, l'utilisation intermittente du circuit multipoint a pour inconvénient majeur d'induire, sous l'effet des températures élevées dues au rayonnement de la flamme dans la chambre de combustion, un gommage ou une cokéfaction du carburant stagnant à l'intérieur du circuit multipoint lorsque celui-ci est à l'arrêt. Ces phénomènes peuvent entraîner une formation de coke dans les orifices d'injection de carburant du circuit multipoint gênant ou réduisant la pulvérisation et l'homogénéisation du carburant par le circuit multipoint et donc le fonctionnement de la chambre de combustion, voire l'obturation totale des orifices.

Pour pallier cet inconvénient, on a déjà proposé plusieurs technologies différentes décrites dans les documents EP-A1-2 026 002, EP-Al -2 488 791, EP-Al -2 488 791 et WO-A1-2012/104523. La présente invention propose une alternative ou un complément aux technologies décrites ci-dessus, qui est simple et permet de répondre de manière efficace au problème de cokéfaction précité. A cet effet, elle propose un dispositif d'injection de carburant pour une chambre annulaire de combustion de turbomachine, comprenant un circuit pilote alimentant un injecteur débouchant dans un venturi et un circuit multipoint alimentant une rangée annulaire d'orifices d'injection débouchant axialement (c'est-à-dire parallèlement à l'axe longitudinal du dispositif d'injection) vers l'aval et radialement à l'extérieur du venturi, ce venturi étant relié à son extrémité aval à une paroi annulaire de séparation des zones de combustion produites par les circuits pilote et multipoint, respectivement, caractérisé en ce que le bord périphérique externe de la paroi de séparation a un diamètre supérieur à celui de la rangée annulaire d'orifices précitée, de sorte que la paroi de séparation forme un écran de protection thermique de ces orifices contre du rayonnement thermique provenant de la chambre.

Selon l'invention, les orifices d'injection du circuit multipoint sont protégés du rayonnement de la flamme dans la chambre par la paroi de séparation du venturi, qui s'étend en aval et en regard de ces orifices. Ceci permet de limiter l'élévation de température du circuit multipoint du fait du rayonnement précité, et donc de réduire les risques de cokéfaction de carburant et d'obturation des orifices d'injection. Avantageusement, la paroi de séparation est sensiblement tronconique et évasée vers l'aval. Dans le cas où le dispositif d'injection comprend deux venturis coaxiaux, respectivement interne et externe, le venturi externe peut être relié à une paroi de séparation du type précité formant un écran de protection thermique.

Dans un exemple de réalisation de l'invention, les orifices d'injection sont formés dans une paroi tronconique située à l'extrémité amont du venturi et formée d'une seule pièce avec ce venturi. Le diamètre du bord périphérique externe de la paroi de séparation est de préférence sensiblement égal au diamètre externe de la paroi tronconique précitée de façon à ce que cette paroi tronconique soit protégée thermiquement par la paroi de séparation. La paroi de séparation peut avoir une épaisseur qui diminue de l'amont vers l'aval.

Le dispositif peut comprendre un bol tronconique qui entoure le venturi. L'extrémité aval de plus grand diamètre du bol et le bord périphérique externe de la paroi de séparation peuvent être situés sensiblement dans un même plan transversal. L'invention concerne également une chambre annulaire de combustion de turbomachine, comprenant au moins un dispositif d'injection de carburant tel que décrit ci-dessus. Elle concerne encore une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, comprenant une telle chambre de combustion. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une demi-vue schématique partielle en coupe axiale d'un dispositif d'injection de carburant multipoint selon la technique antérieure ; la figure 2 est une vue schématique à plus grande échelle d'une partie de la figure 1 ; la figure 3 est une vue schématique de face du dispositif de la figure 1, vu depuis l'aval ; la figure 4 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'un dispositif d'injection de carburant multipoint selon l'invention ; et - la figure 5 est une vue schématique de face du dispositif selon l'invention de la figure 4, vu depuis l'aval. On se réfère tout d'abord à la figure 1 représentant un dispositif d'injection 10 selon la technique antérieure et comportant deux systèmes d'injection de carburant dont l'un est un système pilote fonctionnant en permanence et l'autre un système multipoint fonctionnant par intermittence. Ce dispositif 10 est monté dans une ouverture 12 d'une paroi 14 de fond d'une chambre de combustion 16 annulaire d'une turbomachine, qui est alimentée en air par un compresseur haute pression amont (non visible) et dont les gaz de combustion alimentent une turbine montée en aval (non visible). Ce dispositif 10 comprend un premier venturi 18 et un second venturi 20 coaxiaux, le premier venturi 18 étant monté à l'intérieur du second venturi 20. Un injecteur pilote 22 relié à une conduite 23 d'alimentation en carburant est monté à l'intérieur d'un premier étage de vrilles 24 inséré axialement à l'intérieur du premier venturi 18. Un second étage de vrilles 26 est formé à l'extrémité amont et radialement à l'extérieur du premier venturi 18 et sépare les premier et second venturis 18, 20. Un troisième étage de vrilles 25 est monté radialement à l'extérieur du second venturi et est relié à 20 son extrémité aval à l'extrémité amont d'un bol tronconique 27 de montage du dispositif 10 dans l'ouverture 12 de la paroi de fond 14 de la chambre. Le second venturi 20 comprend à son extrémité amont une chambre annulaire 28 alimentée par une conduite 29 d'amenée de carburant. Cette chambre 28 est délimitée par deux parois cylindriques radialement interne 25 30 et externe 32 reliées l'une à l'autre par une paroi aval tronconique 34 convergeant vers l'aval (figure 2). La paroi aval 34 comprend une rangée annulaire d'orifices 36 d'injection de carburant qui forment un injecteur multipoint et sont régulièrement répartis autour de l'axe longitudinal du dispositif. Ces orifices 30 36 sont orientés parallèlement à l'axe longitudinal du dispositif 10. Ils communiquent à leurs extrémités amont avec la chambre 28 et débouchent vers l'aval sur la face tronconique aval de la paroi 34. Les orifices 36 peuvent être sensiblement perpendiculaires à cette face aval de la paroi 34. Le carburant injecté par les orifices 36 se mélange à de l'air distribué par le troisième étage de vrilles 25 pour former un mélange dans une zone de combustion multipoint 38 qui est destiné à s'enflammer dans la chambre de combustion 16. Le carburant délivré par l'injecteur pilote 22 se mélange à de l'air distribué par les étages de vrilles 24, 26 pour former une zone 39 de combustion pilote entourée par la zone de combustion multipoint 38. Le second venturi 20 comprend à son extrémité aval une paroi tronconique 40 qui s'étend d'amont en aval radialement vers l'extérieur et qui forme un séparateur destiné à délimiter les zones de combustion 38, 39 de carburant générées par les deux circuits du dispositif 10, respectivement. Comme cela est visible aux figures 2 et 3, les orifices 36 d'injection du circuit multipoint s'étendent sur une circonférence A dont le diamètre est supérieur au diamètre B du bord périphérique externe (aval) 42 de la paroi de séparation 40. La paroi 34 et les orifices 36 sont donc directement exposés au rayonnement thermique des zones 38, 39 (schématiquement représenté par la flèche 44), ce qui augmente la température de ces éléments en fonctionnement et favorise la formation de coke, en particulier pendant les périodes où le circuit multipoint n'est pas actif. L'invention apporte une solution à ce problème grâce à un écran de protection thermique de la paroi sur laquelle sont formés les orifices d'injection du circuit multipoint, cet écran étant formé par une prolongation vers l'aval et vers l'extérieur de la paroi de séparation précitée. Les figures 4 et 5 représentent un exemple de réalisation de l'invention dans lequel les éléments déjà décrits dans ce qui précède sont désignés par les mêmes chiffres. Le dispositif 10' des figures 4 et 5 diffère de celui décrit 30 précédemment essentiellement en ce que le diamètre B' du bord périphérique 42' de la paroi de séparation 40' du second venturi 20 est supérieur au diamètre de la rangée annulaire A d'orifices 36 du circuit multipoint. Dans l'exemple représenté, le diamètre B' du bord périphérique externe 42' de la paroi de séparation 40' est sensiblement égal au diamètre externe de la paroi tronconique 34 dans laquelle sont formés les orifices 36. La paroi de séparation 40' a une épaisseur qui diminue de l'amont vers l'aval et son extrémité aval ou bord périphérique externe 42' est situé dans un plan transversal P passant sensiblement par l'extrémité aval ou le bord périphérique externe du bol tronconique 27 du dispositif.10

Claims

REVENDICATIONS1. Dispositif (10') d'injection de carburant pour une chambre annulaire (16) de combustion de turbomachine, comprenant un circuit pilote alimentant un injecteur (22) débouchant dans un venturi (20) et un circuit multipoint alimentant une rangée annulaire d'orifices d'injection (36) débouchant axialement vers l'aval et radialement à l'extérieur du venturi, ce venturi étant relié à son extrémité aval à une paroi annulaire (40') de séparation des zones combustion (38, 39) produites par les circuits pilote et multipoint, respectivement, caractérisé en ce que le bord périphérique externe (42') de la paroi de séparation a un diamètre (B') supérieur à celui de la rangée annulaire (A) d'orifices précitée, de sorte que la paroi de séparation forme un écran de protection thermique de ces orifices contre du rayonnement thermique provenant de la chambre.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi de séparation (40') a une forme sensiblement tronconique évasée vers l'aval.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les orifices d'injection (36) sont formés dans une paroi tronconique (34) située à l'extrémité amont du venturi (20) et formée d'une seule pièce avec ce venturi, le diamètre (B') du bord périphérique externe (42') de la paroi de séparation (40') étant sensiblement égal au diamètre externe de la paroi tronconique précitée.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi de séparation (40') a une épaisseur qui diminue de l'amont vers l'aval.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un bol tronconique (27) entourant le venturi (20), l'extrémité aval de plus grand diamètre du bol et le bord périphérique externe (42') de la paroi de séparation (40') étant situés sensiblement dans un même plan transversal (P).
6. Chambre annulaire (16) de combustion de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dispositif (10') d'injection de carburant selon l'une des revendications précédentes.
7. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre (16) de combustion selon la revendication 6.