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" Perfectionnements apportés aux dispositifs de combustion"
La présente invention est relative à des disposi- tifs de combustion et elle concerne, plus spécialement, ceux qui sont destinés à être alimentés avec un combustible so- lide, pulvérulent ou une huile lourde.
, Il est connu de faciliter,la combustion de combus- tibles solides et finement divisés dans un fluide en soumet- tant ce fluide à un mouvement de tourbillonnement eten intro- duisant la matière solide en un certain point du tourbillon.
Il est également connu par le brevet Grande-Bretag- ne N 338. 108 d'avoir recours à desprocédés chimiques ou physiques par lesquels on obtieht une action mutuelle entre des fluides ou entre une matière solide finement divisée et,
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des fluides, par exemple en vue d'obtenir des combustibles solides pulvérulents, et suivant lesquels un fluide est ani- mé d'un mouvement de tourbillonnement et suivant lesquels la matière, qui doit réagir avec ce fluide,
est/introduite en un certain point du tourbillon et de manière telle que la ma- tière soit mise en suspension dans le fluide avec ou sans une composante radiale de vitesse ou avec une composante radiale de vitesse comparativement réduite par rapport à l'axe du tourbillon et que les trajets d'équilibre des particulesde la matière, par l'effet combiné des forces centrifuges et des forces qui tendent à les déplacer vers l'axe du tourbillon, se trouvent dans la chambre dans léquelle le tourbillon est formé alors que le fluide a une vitesse relativem3nt élevée par rapport à cet axe afin qu'un mouvement radial relatif soit produit entre le fluide et la matière.
De plus, con- formément à ce dispositif connu, les conditions, en ce qui concerne la vitesse du fluide dans le tourbillon et les pro- priétés physiques de la matière introduite dans celui-ci, sont telles que, à mesure que la réaction se poursuit, la matière avance progressivement vers l'axe du tourbillon. Ce mouvement se produit quand les particules se resserrent au cours de la réaction et suivent un trajet d'équilibre plus rapproché de l'axe.
Un dispositif de combustion du genre spécifié ci- dessus ne permet pas d'obtenir un mode d'écoulement qui con- vienne au cas où la combustion doit être entretenue par un courant fluide (considéré ci-après comme étant de l'air), qui se déplace à une vitesse élevée. L'invention a pour but de rendre les dispositifs de ce genre tels qu'ils satisfassent aux conditions qui se présentent dans ce cas.
Par l'expres- sion "à vitesse élevée", appliquée à un courant d'air desti- né à entretenir une combustion, on veut indiquer, dans les présentes, que la vitesse moyenne du courant d'air, suivant
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la direction d'écoulement général et au delà d'une zone dans laquelle la combustion est déclenchée, cette vitesse étant oaloulée d'après le rapport du débit d'air par unité de temps à la section transversale du passage par lequel a lieu l'é- coulement, est suffisamment élevée par rapport à la vitesse de propagation de la flamme dans le mélange air-vombustible considéré,pour que ce courant d'air soit susceptible de pro- voquer l'extinction de la flamme.
Pour des combustibles hy- drooarbonés, qui brûlent dans l'air, la vitesse de propagation de la flamme est considérée, comme étant de l'ordre de 30 cm par seconde à la température atmosphérique. L'invention est, d'autre part, plus spécialement applicable à des dispositifs de combustion pour des turbines à gaz et à combustion interne et/ou pour des machines motrices à turbo-réaoteur ou à jet pour lesquelles la vitesse du courant d'air. suivant sa di- rection d'écoulement générale et au delà d'une zone de com- bustion calculée sur la base susindiquée, peut atteindre 3 à 90 mètres par seconde et même davantage suivant la constitu- tion de l'appareil.
L'invention présente également, un inté- rêt particulier pour des installations qui, comme les machi- nes motrices susindiquées, nécessitent l'entretien d'une com- bustion stable non seulement pour un courant d'air à vitesse élevée mais également pour des rapports élevés air-combustib- le et pour lesquelles une combustion stable doit être mainte- nue pour des injections importantes de combustible avec une perte de pression minimum.
Conformément à l'invention et dans un dispositif de combustion, du genre indiqué et dans lequel la combustion doit être entretenue par un courant d'air à vitesse élevée, on fait comporter à ce dispositif des moyens propres à stabi- liser la flamme produite par la combustion, lesdits moyens pouvant être constitués par une chambre de combustion annu- laire ou circulaire comprenant des moyens pour introduire
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un courant d'air dans ladite chambre et pour produire un écoulement tourbillonnant de cet air autour de l'axe de la- dite chambre, des moyens pour introduire des particules de com bustible dans ledit courant d'air de manière telle que les trajets d'équilibre de ces particules se trouvent entièrement dans ladite chambre et se rapprochent progressivement dudit axe à mesure que la combustion se poursuit,
et des moyens pour stabiliser la combustion du combustible.
On peut faire comporter à la chambre de combustion annulaire ou circulaire une sortie orientée axialement ainsi que des moyens pour produire une inversion locale du courant pour obtenir une remise en circulation des gaz chauds vers la base de la flamme de manière que celle-ci soit auto-entretenue.
La totalité du courant d'air peut pénétrer par la périphérie dans la chambre ou une partie de l'air peut être admise phériphériquement (comme arr secondaire) et en partie axialement (comme air primaire), la première partie étant utiè lisée pour refroidir les parois de la chambre. Une autre par- tie du courant d'air peut jouer le rôle d'air tertiaire pour être mélangé aux gaz chauds, résultant de la combustion, à la sortie et en vue de refroidir ces gaz et cet air tertiaire peut également être admis le long de la périphérie ou il peut être introduit axialement par la partie centrale du tourbillon dans la chambre à tourbillonnement et vers la sortie de cel- le-oi.
Le combustible peut être introduit dans le courant d' air avant ou à son entrée dans ladite chambre ou il peut être admis dans cette chambre, par exemple depuis l'axe de celle- oi et radialement vers l'extérieur.
Toute la oombustion peut avoir lieu dans la chambre annulaire à tourbillon dans laquelle on établit des moyens propres à stabiliser la flamme, par exemple sous forme de chicanes ou d'ailettes inclinées, où ces moyens oocupent des emplacements judicieux, par rapport aux organes par lesquels
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se fait l'injection du combustible, pour que l'on obtienne une inversion localisée pour l'écoulement des gaz chauds.
Suivant une variante, on utilise la chambre à tour- billon seulement pour le combustion secondaire en combinaison avec une chambre de combustion primaire qui comporte des mo- yens injecteurs de combustible et des moyens pour la stabili- sation de la flamme. Cette chambre de combustion primaire peut être cpnstituée par au moins un tube de flamme ordinaire d' une turbine à gaz dans lequel de l'air primaire seul est ad- mis alors que l'air additionnel, pour la combustion secon- da ire, est introduit dans la chambre à tourbillon, cet air pénétrant dans cette dernière en même temps que les produits résultant' de la combustion et débités par la sortie de la chambre de combustion primaire.
Pour ce mode de réalisation de l'invention, la chambre à tourbillon elle-même ne doit pas comporter des mo- yens stabilisateurs de la flamme. On peut établir chaque tube à flamme, formant une chambre de combustion primaire, dans une boite à air individuelle, qui communique avec la chambre à tourbillon ou tous les tubes de flammes peuvent être lo- gés dans une boite à air annulaire collective reliée à la- dite chambre à tourbillon.
Suivant une autre variante du dispositif à combùs- tion, plus spécialement applicable à une turbine à gaz, on soumet l'air, débité par le compresseur et avant la combus- tion, à un préchauffage intense par les gaz résultant de la combustion et dans un échangeur de chaleur approprié, la chambre à tourbillon constituant alors la seule chambre de combustion.
On peut établir la chambre à tourbillon entre le compresseur et la turbine et coaxialement par rapport à 1' arbre commun sur lequel ces machines sont généralement mon- tées, les sorties du compresseur étant reliées soit avec un certain nombre de tubes de flammes répartis le long d'une
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circonférence et qui communiquent par des entrées périphéri- ques différentes avec la chambre à tourbillon ou directement avec ces entrées quand cette chambre est la seule chambre de combustion.
Suivant une variante, on établit la chambre à tour- billon totalement ou en partie autour du compresseur et/ou de la turbine, ce qui permet d'adopter une grande chambre de combustion tout en réduisant, en même temps, à un minimum la longueur de l'arbre établi entre le compresseur et la tur- bine .
Une autre particularité de l'invention est basée sur le fait que les vitesse::. et les trajectoires des particules dans la chambre à tourbillon sont déterminées fortement par la forme des parois délimitant cette chambre pour la raison que la composante radiale de la vitesse du gaz, à toute distance radiale particulière de l'axe du tourbillon, dépend de la section transversale disponible pour l'écoulement radial à cette distanoe radiale. Tout mouvement voulu de ces particu- les peut ainsi être btenu en donnant une forme convenable aux parois de la chambre et des conditions de fonctionnement con- venables.
Des investigations dynamiques ont montré que der- taines dispositions ont un effet favorable sur la stabilité de l'écoulement et les pertes de pression. En premier lieu il est désirable que la composante radiale de la vitesse du gaz soit constante du varie continuellement depuis l'entrée, jusqu'à la sortie quand la distance radiale depuis l'axe du tourbillon varie. A cet effetet conformément-à une autre particularité de l'invention, on délimite la chambre à tour- billon par des parois ayant une forme telle que la distance axiale entre un point d'une paroi et un point opposé corres- pondant de la paroi en regard varie continûment depuis la périphérie vers la sortie pour des distances radiales variab- les des points depuis cet axe et que cette distance soit plus grande pour les petits rayons.
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De préférence, on donne aux parois délimitant la chambre à tourbillon une forme telle que la distance axiale entre les parois opposées soit, en substance, une fonction exponentielle de cette distanoe radiale et, avantageusement, on donne aux parois délimitantes une forme générale conoave vers l'extérieur (l'expression concave ou convexe "vers l'ex-. térieur" se référant à une vue depuis l'extérieur).
Un ces particulier, qui peut présenter certains avantages, par exemple en ce qui concerne la perte de pres- sion, est celui où cette fonction est hyperbolique auquel cas la composante radiale de la vitesse est sensiblement constante pour tous les rayons.
Quand on se sert de combustibles liquides peu vola- tils on rencontre souvent des difficultés à cause des dimen- sions importantes des gouttelettes débitées par le jet ou ato- miseur à air comprimé, dont on se sert généralement.
Une difficulté se produit avec certains combustib- les liquides bruts dont la viscosité varie fortement entre des limites de température relativement rapprochées ce qui modifie notablement le degré d'atomisation et, par conséquent, l'effet de la combustion.
Pour écarter ces inconvénients, on fait comporter à la chambre à tourbillon et à combustion des moyens centri- fuges propres à introduire des particules de combustible, de dimensions prédéterminées et qui sont animées d'un mouvement de rotation autour de l'axe dè cette chambre.
A cet effet et par exemple on fait comporter aux mo- yens centrifuges un atomiseur rotatif du type à disque ou à cuvette qui est entraîné en rotation autour de l'axe de la chambre. Suivant une variante, on fait comporter aux moyens centrifuges une chambre à tourbillon préliminaire propre à introduire des gouttelettes de combustible et de 1 air, les dimensions démette chambre étant telles que seulement des
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gouttelettes.de combustible, ayant une dimension déterminée puissent s'échapper hors de la sortie axiale de cette chambre, cette sortie pouvant être circulaire ou annulaire de manière que l'on puisse sélectionner les dimensions voulues des par- ticules combustibles suivant le trajet d'équilibre approprié dans la chambre à tourbillon.
Dans ce cason introduit lesparticules de combus- tible et d'air, débitées par la sortie de la chambre prélimi- naire, dans l'entrée d'une ohambre à tourbillon principale dans laquelle la combustion a lieu.
Dans le dispositif de combustion, décrit dans le brevet anglais N 338.108 susdit, pendant que chaque partiou- le brûle, le rayon de son trajet d'équilibre diminue et les particulesse déplacent vers l'intérieur jusqu' à ce qu'un petit résidu incombustible subsiste seulement, ce résidu pou- vant être assez petit pour qu'il puisse être entraîné hors de la chambre à tourbillon par les produits gazeux résultant de la oomb ust ion.
Toutefois, pour la combustion de certains combustib- les producteurs de cendres, par exemple la plupart des char- bons, on sait qu à un certain,moment du prooessus de la com- bustion et dans certaines conditions, notamment à une tempé- rature élevée, les particules de combustible sont o-onverties en particules cendreuses qui ont une densité plus grande que les particules de combustible originales et si la température est suffisamment élevée, certaines ou la totalité de ces par- ticules cendreuses fondent superficiellement, de sorte qu'une adhérence se produit entre lesparticules voisines pour for- mes des particules plus grandes pour lesquelles le rapport densité/étendue superficielle est plus élevé.
Cette modifica- tion de la densité donne lieu à un accroissement du rapport de la force centrifuge à la force axiale agissant sur ces particules. De plus, l'agglomération de ces particules,
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résultant de la fusion, a un effet similaire par suite de l'augmentation du rapport densité/étendue superficielle. Si l'effet de ces modifications combinées est suffisant, la for- ce résultante, exercée sur les particules cendreuses, aura une composante radiale et orientée vers l'extérieur, qui est assez grande pour que ces particules se déplacent radialement vers l'extérieur jusqu'à ce qu'elles atteignent la paroi dé- limitante de la ohambre à tourbillon dans laquelle elles cir- culent .
Une autre particularité.de l'invention se sert de cet effet pour séparer les cendres et à cet effet l'invention a pour objet un procédé de combustion de oombustibles produc- teurs de endres et suivant lequel des gaz, propres à entre- tenir la combustion, sont obligés à s'écouler, suivant un tourbillon, autour de l'axe @@ d'une chambre dans laquelle le tourbillon est produit, des particules de combustible étant introduites dans le tourbillon de manière telle et à une tem- pérature elle-même telle qu'un mouvement radial relatif se produise entre les gaz et le combustible, ce dernier s'écou- lant progressivement vers l'axe du tourbillon quand la réac- tion de combustion progresse, alors que lesparticules cen- dreuses,
de densité plus grande que celle des particules de combustible et formées par ces dernières avant que celles-ci n'atteignent la sortie de la chambre, se déplacent progres- sivement et radialement vers l'extérieur en s'écartant de 1' axe du tourbillon jusqu'à ce qu'ils atteignent la paroi déè limitante de la chambre.
Les particules de cendres fondues, atteignant une paroi délimitante, ont une tendance à adhérer à celle-ci et une couche de scories se forme sur cette paroi. Comme la sur- face de cette couche reste en contact avec les gaz chauds, elle reste à l'état fondu et tend à s'écouler vers le point le plus bas de la chambre où elle peut être enlevée par des moyens appropriés quelconques.
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Il peut être avantageux de permettre qu'une couche de scories, ayant une épaisseur appréciable, se forme sur cette paroi en réglant convenablement le procédé de drainage afin qu'une couche isolante en une matière refraotaire puisse être conservée pour que la paroi de la chambre reste à un degré de température convenablement bas.
Les dessins ci-annexés montrent, à titre d'exemples, plusieurs modes de réalisation de l'invention?
La fig. 1 montre, en coupe transversale, un mode de réalisation de l'invention.
La fig: 2 montre, semblablement et à plus grande échelle, un détail de la fig. 1.
La fige 3 montre, en coupe axiale, ce même mode de réalisation de l'invention.
La fig. 4 montre, en coupe transversale, un deuxième mode de réalisation.
Les figs. 5 et 6 montrent, en coupe axiale, d'au- treq formede la chambre à tourbillon.
Les figs. 7 et 8 montrent, en coupe transversale et en coupe selon A-A fig. 7, un troisième mode de réalisation.
La fig. 9 montre, en coupe transversale, un quatriè- me mode de réalisation.
Les figs. 10 et 11 montrent, en coupe, des variantes de la disposition selon la fig. 9.
La fig. 12 montre une variante pour l'injection du combustible.
Les figs. 13 à 15 montrent l'appareil pour l'enlè- vement des cendres.
Sur la f ig . 1 le dispos it if de combustion comprend passe un tube de flamme cylindrique 1 dans le quel un courant d'air à vitesse élevée, par exemple celui débité par le compresseur d'air d'une machine avec turbine à gaz.
Le tube de flamme 1 Soutient un brûleur atomiseur 23 pour brùler du combustible brut, l'expression "brûleur
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atomiseur" signifiant, dans ce cas, un brûleur dans lequel l'atomisation du combustible liquide est effectuée à l'aide d'un jet d'air. Dans oe brûleur le liquide est introduit par le tube 21 alors que l'air comprimé est admis par le tube 22 pour atomiser le combustible. Le tube de flamme 1 forme une chambre de combustion primaire, les gaz, résultant de la com- bustion dans celle-ci, étant dirigés par un conduit en volute 5 dans une chambre à tourbillon 4 dans laquelle se fait une combustion secondaire.
La fig. 2 montre le tube de flamme plus grande échelle. Le courant d'air est débité dans un conduit exté- rieur 25 et est subdivisé en deux parties par un conduit ooa- xial et intérieur 26, la partie extérieure ou périphérique pénétrant directement dans le conduit 5 par l'intervalle annu- laire existant entre les parois des conduits 25 et 26 alors que la partie centrale s'éooule en partie entre les ailettes de tourbillonnement 23a et en partie par des ouvertures 27a ménagées dans une chicane stabilisatrice 27, en forme de ou- vette, logée dans le conduit 5.
par
L'air, qui passe entre les ailettes 23a et/les ou- vertures 27a, constitue de l'air primaire pour la combustion partielle des gouttelettes de combustible sortant du brûleur 23 et les gaz, obtenus par cette combustion primaire, stécou- lent en même temps que des gouttelettes non-brûlées du combus- tible et de l'air secondaire par $t'espace annulaire existant entre les conduits 25 et 26 pour passer par le conduit 5 jus- que dans la chambre à tourbillon 4 pour que la combustion de- vienne complète.
Dans la chambre 4, lesgaz circulent autour de 1 axe 7 en formant un tourbillon, les particules s'approchant lentement de et axe en brûlant tout en se déplaçant suivant un trajet oirculaire jusqu'à ce qu'elles soient complètement brûlées ou qu'il subsiste une cendre très fine qui s'échappe, en même temps que les gaz de combustion, par la sortie axia- le 8.
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L'efficacité de la combustion dans la chambre 4 dépend de l'ordre des dimensions des particulesqu'elle peut contenir à l'état de l'équilibre, le dispositif idéal étant celui dans lequel des particules très grandes peuvent rester stables pendant que des parties infinia.ent petites peuvent seulement s'échapper par la sortie 8. Pour cette raison et comme montré sur la fig. 3, les parois de la chambre 4 sont rendues divergentes dans une direction radiale et orientée vers l'intérieur de sorte que la partie centrale de la cham- bre 4 à proximité de l'axe 7 a une largeur axiale plus grande que la partie de la chambre à proximité de la périphérie.
La fig. 4 montre une forme d'une chambre à tourillon qui est utilisée en même temps comme chambre de combustion.
Dans ce cas, la chambre 4 comporte une série circulaire d' ailettes 32 entre lesquelles sont formés des passages périphé- riques pour l'entrée de l'air dans la chambre. Chaque groupe de quatre de ces passages comprend une chicane 34 pour la sta- bilisation de la flamme; le combustible est injecté radiale- ment vers l'extérieur depuis l'axe et vers les chicanes par un nombre égal de tuyères radiales 33.
Les figs. 5 et 6 montrent des chambres à tourbillon dont les parois ont des formes différentes. Sur la fig. 5 la paroi 4a est plane alors que la paroi opposée 4b est concave vers l'extérieur et la distance du point X de la paroi 4a jusqu'au point Y de la paroi opposée 4b et mesurée dans la direction de l'axe 7 varie continument depuis l'entrée périp rique 5 jusqu'à la sortie 8 en étant plus grande pour les petits rayons.
A la place du conduit d'entrée 5, en forme de volu- te (fig. 1), ou en plus de celui-oi, l'entrée de la chambre 4 peut comporter une série circulaire d'ailettes de guidage (fig. 4) pour former le tourbillon voulu. Quand on se sert d'un conduit '5 en volute, la oourbure générale de l'axe du
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conduit et la forme de ses parois doivent être tels que 1' écoulement de l'air dans la région où ce conduit débite dans la chambre 4 ne doit troubler d'une manière appréciable les conditions de l'écoulement voulu en tourbillon, au voisinage de cette région.
Pour cette raison on donne, de préférence, à l'axe du conduit 5 la forme d'une simple spirale (comme sur la fig. 1) et comme montré sur la fig. 5, les parois déli- mitantes 5a et 5b de tout le conduit, depuis son entrée jus- qu'à sa sortie dans la chambre 4, ont la même forme générale que celle des parois 4a et 4b de la chambre à tourbillon.
Il peut être avantageux de faire comporter à la chambre 4 un noyau coaxial qui peut être plein ou qui, comme montré sur la fig. 5, peut être constitué par un tube41 par lequel,si on le désire, de l'air peut être introduit pour être mélangé aux gaz de combustion et pour refroidir ceux-ci, à la sortie 8. Un tel tube peut servir de logement à un arbre au cas où la chambre à tourbillon est ooaxiale avec la tur- bine et le compresseur d'une machine avec turbine à gaz.
Sur la fig. 6, la paroi 4c est concave vers l'exté- rieur et la paroi 4d est oonvexe vers l'extérieur.
La fig. 7 montre une disposition annulaire pour la- quelle une partie du courant d'air forme de l'air primaire et est admis axialement alors qu'une autre partie est utilisée pour refroidir les parois de la chambre et est introduite pé- riphériquement pour former de l'air secondaire dont l'écoule- ment général est indiqué par des flèches.
Pour cette disposition, la structure générale du brûleur 23 et des conduitsannulaire 25 et 26 est la même que celle décrite à propos de la fig. 1 mais on a prévu un con- duit d'entrée 24, additionnel et extérieur, par lequel un cou- rant d'air pénètre à une vitesse élevée.
Le courant est divisé en deux parties par le con- duit 25 -et, la partie centrale pénètre per le conduit 25 et se subdivise ensuite de la manière décrite pour la fig. 1.
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Dans ce cas, toutefois, l'intervalle annulaire entre les conduits 25 et 26 contient des ailettes de tourbillonnement 25a par lesquels l'air, qui s'écoule par cet espace, passe suivant un tourbillon autour de l'axe 7.
La partie périphérique de l'air, admis dans le con- duit 24, s'écoule par l'espace annulaire 17a compris entre les cohduits 24 et 25 et ensuite passe entre la série d'ailettes 28 (fig. 8) qui font tourner cet air autour de l'axe 7 afin que la plus grande partie de cet air puisse passer plus aisé- ment oomme air secondaire, entre les ailettes 19a établies dans les entrées périphériques 19 jusque dans la chambre 4.
De cette manière, l'air primaire et l'air secondaire forment, tous deux, des tourbillons autour de l'axe 7.
L'air qui s'écoule par l'espace annulaire 17a sert à refroidir les parois 4d de la chambre et une partie de cet air s'écoule au delà des ailettes 19a jusque dans l'espace annulaire 17n en refroidissant les parois 4f. Cet air passe finalement entre les ailettes 8a, établies à proximité de la sortie 8, pour se mélanger aux gaz de combustion comme air tertiaire pour agir comme un diluant et un réfrigérant.
La fig. 9 montre l'utilisation de moyens pour sou- mettre le combustible à un effet centrifuge dans la chambre à tourbillon 4, ces moyens étant constitués par un atomiseur rotatif ayanr la fotme d'un disque ou d'une cuvette. L'atomi- seur 15 tourne avec une tige 16 dont l'axe est confondu avec l'axe 7 de la ohambre 4, les parois 4f de cette chambre étant concaves et les parois 4d sont planes comme sur la fig. 7.
La construction annulaire générale de la chambre 4 est, dans ce cas, similaire à celle de la fig. 7 mais le con- duit d'entrée et le brûleur sont constitués d'une manière dif férente. Dans ce cas, le courant d'air est admis par un oon- duit 18 et il se subdivise, à proximité de l'atomiseur 15,
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en deux parties dont la partie péripnérique traverse le passa- ge annulaire 17a et pénètre dans la chambre 4 par les entrées périphériques 19, comme sur la fig. 7, alors que la partie centrale passe entre les ailettes 18a et pénètre directement dans la chambre 4 pour permettre la combustion primaire des gouttelettes de combustibles éjectées hors de l'atomiseur 15.
Les courants d'air primaire et secomaire agissent mutuellement pour produire la turbulence et l'inversion du courant, comme indiqué par des flèches. On stablise ainsi la flamme produite par 1allumage des gouttelettes de combustib- le.
Les gouttelettes de combustible. émanant de l'atome seur, pénètrent dans la région où se fait l'inversion du cou- rant et dans laquelle se produit l'allumage et elles sont ex- pulsées par le tourbillon principal dans le corps de la cham- bre 4. L'ait tertiaire est admis au delà des entrées 19 et se mélange aux gaz de combustion à la sortie 8.
La fig. 10 montre des moyens par lesquels on adjoint au dispositif de la fig. 9 une zone pilote au voisinage immé- diat de l'atomisetr rotatif 15. La paroi interne 4d de la chambre 4 comporte un prolongement axial 36 qui est coaxial au conduit d'entrée 18 et contient des ailettes 18a pour faire tourbillonner l'air primaire. Le prolongemént 36 est suffisam ment long pour que cet air primaire puisse faire au moins un tour complet$ comme indiqué par les flèches.
Par suite de la force centrifuge élevée, qui agit sur lès gouttelettes de combustible par l'effet du tourbil- lon d'air primaire, ces gouttelettes risquent de se déposer sur les parois 4d et la fig. 11 montre une disposition par laquelle ce dépôt est empêché.
Un tube 20, de faible longueur, est établi immédia- tement autour des ailettes 18a pour l'air primaire et dans ae tube est logé l'atomiseur 15. Le tube 20 est lui-même établi
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dansle conduit d'entrée 18 et les parois 4d comportent un prolongement axial 26. L'effet, obtenu par cette disposition, est de former autour de l'air tourbillonnant primaire une gaine annulaire d'air frais et pur comme indiqué par des flè- ches et cette gaine empêche le dépôt des gouttelettes sur la ser@@ 4d.
Un autre moyen pour stabiliser la flamme au voisi- nage de l'atomiseur consiste à agencer ce dernier de manière qu'il puisse tourner en sens opposé à celui du tourbillon des gaz de combustion ce qui augmente la vitesse relative entre les gaz et les gouttelettes qui émanent de l'atomiseur. Ceci tend à produire une réaction plus rapide et, en même temps, ralentit le mouvement des gouttelettes de combustible quand elles s'écartent de l'atomiseur.
Le dispositif selon les figs. 1, 5 ou 6 permet éga- lement l'utilisation de combustibles formateurs de cendres en obligeant les gaz, qui entretiennent la combustion, à s'écou- ler sous forme d'un tourbillon autour de l'axe de la chambre à tourbillon. Les particules de combustible sont introduites de manière telle et à une température elle-même telle qu'il se produise un mouvement radial relatif entre les gaz et le combustible, ce dernier se déplaçant progressivement vers l'axe du tourbillon, à mesure que la réaction de combustion se poursuite alors que les particules de cendres, dont la de* sité est plus grande que celle des particules de combustible et qui sont produites par celles-ci avant qu'elles n'atteig- nent la sortie de la chambre,
se déplacent progressivement et radialement vers l'extérieur depuis l'axe du tourbillon jus- qu'à ce qu'elles atteignent la paroi délimitante de la cham- bre sur laquelle elles formant une couche de scories fondues.
Dans oe cas il suffit de faire intervenir une température suffisamment élevée et de s'arranger pour que les parois de la chambre à tourbillon aient une forme telle qu'elles soient propres à former des passages d'écoule !cent.
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La fig. 12 montre une chambre à tourbillon prélimi- naire qui peut être utilisée pour introduire des particules de combustible, ayant la dimension voulue, dans une deuxième chambre à tourbillon qui sert à la combustion. Sur la fig. 12 l'air et les particules de combustible sont introduits dans m conduit d'entrée 37 et de là,dans une chambre à tourbillon 38 en passant entre des ailettes 39, alors que la chambre à tourbillon comporte une sortie axiale 40.
Les dimensions sont choisies de manière telle que seules des particules de com- bustible, ayant une dimension donnée, puissent passer par la sortie 40, qui est reliée au conduit d'entrée d'une chambre à tourbillon principale servant à la combustion et qui peut, par exemple, être une chambre analogue à celle de la fig. 5 et dans ce cas la sortie 40 est reliée directement à l'entrée 5 de la fig. 52 La sortie 40, au lieu d'être constituée par une ouverture circulaire, comme montré sur lafig. 12, peut. également être annulaire pour séleotionner depuis la chambre 38 les particules ayant toute dimension voulue.
Dans le cas d'une turbine à gaz, il est important d'empêcher que des particules non-brûlées puissent atteindre les aubes de la turbine. D'autre part, lesconditions d'écou- lement dans la chambre 4 sont telles que, malgré ses dbmen- sions, il existe toujours une dimension critique à laquelle certaines petites particules traversent la sortie 8 dans la- quelle elles sont, toutefois, soumises seulement à une force centrifuge et une poussée vers la périérie. Comme visible six la fig.
13, ces particules peuvent, par conséquent, être écar tées en prélevant la couche extérieure dans le conduit de sortie 10, en amont de la turbine 13 à l'aide d'un passage 9 qui est établi à l'extérieur, dans le sens radial, des aubes 12 de la turbine et qui peuvent, si on le désire, agir comme un by-pass et qui est relié aux passages principaux pour le combustible, en amon de la turbine 13.
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La fig. 14 montre une variante du dispositif pour l'enlèvement des cendres et pour lequel la sortie 8 de la chambre à tourbillon et de combustion 4 est reliée à une ahan bre 42 dans laquelle les gaz se déplacent radialement vers 1' extérieur et vers la périphérie d'où ils s'écoulent par un conduit 43, en forme de volute. Les particules de cendres sort projetées sur les parois périphériques de la chambre 42 et sont évacuées par un passage 44.
La fig. 15 montre une autre variante pour l'enlè- fement des cendres et suivant laquelle la sortie de la cham- bre à tourbillon est reliée à une chambre 45 qui agit comme celle de la fig. 14 à l'exception que, dans ce cas, les gaz quittent la chambre 45 par une sortie axiale 46 dont le dia- mètre est égal à celui de l'entrée 47. Un courant additionnel d'air pu de tout autre gaz peut être introduit tangentiel- lement, avec ou sans tourbillon, dans la chambre 45 par une entrée périphérique 48 pour favoriser l'effet séparateur.
Si on le désire, on peut établir en série au moins deux chambres à tourbillon, la sortie d'une chambre étant re- liée à l'entrée de la chambre suivante de manière telle que les particules, qui deviennent trop petites pour rester dans la première chambre, avant l'achèvement de la combustion. puissent brûler complètement dans la chambre suivante.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Improvements to combustion devices"
The present invention relates to combustion devices and it relates more particularly to those which are intended to be supplied with a solid, pulverulent fuel or a heavy oil.
It is known to facilitate the combustion of solid and finely divided fuels in a fluid by subjecting that fluid to a vortex motion and introducing the solid matter at a certain point of the vortex.
It is also known from Great Britain Patent No. 338,108 to have recourse to chemical or physical processes by which mutual action is obtained between fluids or between a finely divided solid matter and,
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fluids, for example with a view to obtaining pulverulent solid fuels, and according to which a fluid is animated by a swirling movement and according to which the material, which must react with this fluid,
is / introduced at a certain point of the vortex and in such a way that the material is suspended in the fluid with or without a radial velocity component or with a radial velocity component comparatively reduced with respect to the axis of the vortex and that the equilibrium paths of the particles of matter, by the combined effect of the centrifugal forces and the forces which tend to move them towards the axis of the vortex, are found in the chamber in which the vortex is formed while the fluid has a relatively high speed with respect to this axis so that a relative radial movement is produced between the fluid and the material.
In addition, according to this known device, the conditions with regard to the speed of the fluid in the vortex and the physical properties of the material introduced into it are such that, as the reaction proceeds. continues, the material progressively advances towards the axis of the tourbillon. This movement occurs when the particles constrict during the reaction and follow an equilibrium path closer to the axis.
A combustion device of the kind specified above does not make it possible to obtain a flow mode which is suitable for the case where the combustion must be maintained by a fluid current (hereinafter considered to be air), which moves at a high speed. The object of the invention is to make devices of this type such that they satisfy the conditions which arise in this case.
By the expression "at high velocity", applied to an air stream intended to support combustion, it is meant herein that the average velocity of the air stream, according to
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the general direction of flow and beyond a zone in which combustion is initiated, this speed being calculated according to the ratio of the air flow per unit time to the cross section of the passage through which the combustion takes place. flow, is sufficiently high with respect to the speed of propagation of the flame in the air-fuel mixture considered, so that this current of air is capable of causing the flame to be extinguished.
For hydrocarbon fuels, which burn in air, the flame propagation speed is considered to be of the order of 30 cm per second at atmospheric temperature. The invention is, on the other hand, more especially applicable to combustion devices for gas and internal combustion turbines and / or for turbo-jet or jet engine machines for which the speed of the air current . depending on its general direction of flow and beyond a combustion zone calculated on the basis indicated above, it can reach 3 to 90 meters per second and even more depending on the constitution of the device.
The invention is also of particular interest for installations which, like the aforementioned motive machines, require the maintenance of a stable combustion not only for a flow of air at high speed but also for high speed air flow. high air-fuel ratios and for which stable combustion must be maintained for large injections of fuel with minimum pressure loss.
In accordance with the invention and in a combustion device of the type indicated and in which the combustion must be maintained by a current of air at high speed, this device is made to include means suitable for stabilizing the flame produced by the device. combustion, said means possibly being constituted by an annular or circular combustion chamber comprising means for introducing
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a stream of air in said chamber and for producing a swirling flow of this air around the axis of said chamber, means for introducing fuel particles into said stream of air such that the paths d the balance of these particles are entirely in said chamber and gradually approach said axis as combustion continues,
and means for stabilizing the combustion of the fuel.
The annular or circular combustion chamber can be made to include an axially oriented outlet as well as means for producing a local reversal of the current to obtain a recirculation of the hot gases towards the base of the flame so that the latter is self-contained. -maintained.
All of the air stream can penetrate the periphery into the chamber or part of the air can be admitted peripherally (as secondary arr) and partly axially (as primary air), the first part being used to cool the air. walls of the chamber. Another part of the air stream can play the role of tertiary air to be mixed with the hot gases, resulting from combustion, at the outlet and with a view to cooling these gases and this tertiary air can also be admitted along. of the periphery or it can be introduced axially through the central part of the vortex into the vortex chamber and towards the outlet of the cell.
The fuel can be introduced into the air stream before or at its entry into said chamber or it may be admitted into this chamber, for example from the axis thereof and radially outwards.
All the combustion can take place in the annular vortex chamber in which means suitable for stabilizing the flame are established, for example in the form of baffles or inclined fins, where these means occupy judicious locations, with respect to the organs by which
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The fuel is injected, so that a localized inversion is obtained for the flow of hot gases.
According to a variant, the vortex chamber is used only for the secondary combustion in combination with a primary combustion chamber which comprises fuel injectors means and means for stabilizing the flame. This primary combustion chamber can be constituted by at least one ordinary flame tube of a gas turbine in which only primary air is admitted while the additional air, for the secondary combustion, is. introduced into the vortex chamber, this air entering the latter at the same time as the products resulting from combustion and discharged through the outlet of the primary combustion chamber.
For this embodiment of the invention, the vortex chamber itself need not include flame stabilizing means. Each flame tube, forming a primary combustion chamber, can be set up in an individual air box, which communicates with the vortex chamber or all the flame tubes can be housed in a collective annular air box connected to the vortex chamber. - known as the whirlpool chamber.
According to another variant of the combustion device, more especially applicable to a gas turbine, the air, delivered by the compressor and before the combustion, is subjected to intense preheating by the gases resulting from the combustion and in a suitable heat exchanger, the vortex chamber then constituting the only combustion chamber.
The vortex chamber can be established between the compressor and the turbine and coaxially with respect to the common shaft on which these machines are generally mounted, the outputs of the compressor being connected either with a number of flame tubes distributed along. of a
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circumference and which communicate by different peripheral inlets with the vortex chamber or directly with these inlets when this chamber is the only combustion chamber.
According to a variant, the vortex chamber is totally or partially built around the compressor and / or the turbine, which makes it possible to adopt a large combustion chamber while at the same time reducing the length to a minimum. of the shaft established between the compressor and the turbine.
Another feature of the invention is based on the fact that the speed ::. and the trajectories of the particles in the vortex chamber are strongly determined by the shape of the walls delimiting this chamber for the reason that the radial component of the gas velocity, at any particular radial distance from the vortex axis, depends on the section transverse available for radial flow at this radial distance. Any desired movement of these particles can thus be achieved by providing suitable shape to the walls of the chamber and suitable operating conditions.
Dynamic investigations have shown that certain arrangements have a favorable effect on flow stability and pressure losses. In the first place it is desirable that the radial component of the gas velocity be constant from the continuously varying from the inlet to the outlet when the radial distance from the vortex axis varies. For this purpose and in accordance with another feature of the invention, the vortex chamber is delimited by walls having a shape such that the axial distance between a point of a wall and a corresponding opposite point of the wall. opposite varies continuously from the periphery towards the exit for variable radial distances of the points from this axis and that this distance is greater for the small radii.
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Preferably, the walls delimiting the vortex chamber are given a shape such that the axial distance between the opposing walls is, in substance, an exponential function of this radial distance and, advantageously, the delimiting walls are given a generally conoave shape towards l exterior (the expression concave or convex "outwards" referring to a view from the exterior).
One particular such, which may have certain advantages, for example with regard to pressure loss, is where this function is hyperbolic in which case the radial component of the velocity is substantially constant for all the rays.
When using low volatility liquid fuels, difficulties are often encountered because of the large size of the droplets delivered by the compressed air jet or atomizer, which is generally used.
A difficulty arises with certain crude liquid fuels the viscosity of which varies greatly between relatively close temperature limits which significantly alters the degree of atomization and hence the effect of combustion.
To avoid these drawbacks, the vortex and combustion chamber is made to include centrifugal means suitable for introducing fuel particles of predetermined dimensions and which are driven in a rotational movement around the axis of this chamber. .
For this purpose, for example, the centrifugal means are made to include a rotary atomizer of the disc or bowl type which is driven in rotation around the axis of the chamber. According to a variant, the centrifugal means are made to comprise a preliminary vortex chamber capable of introducing droplets of fuel and of air, the dimensions of this chamber being such that only
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fuel droplets having a determined size can escape from the axial outlet of this chamber, this outlet possibly being circular or annular so that the desired dimensions of the fuel particles can be selected along the path of the fuel. proper balance in the vortex chamber.
In this case, the particles of fuel and air, delivered by the outlet of the preliminary chamber, are introduced into the inlet of a main vortex chamber in which combustion takes place.
In the combustion device, described in the aforesaid British Patent No. 338.108, as each part burns, the radius of its equilibrium path decreases and the particles move inward until a small incombustible residue. only remains, this residue being able to be small enough so that it can be carried out of the vortex chamber by the gaseous products resulting from the combustion.
However, for the combustion of certain ash-producing fuels, for example most of the coal, it is known that at a certain point in the combustion process and under certain conditions, notably at a high temperature. , the fuel particles are converted into ashy particles which have a greater density than the original fuel particles and if the temperature is high enough some or all of these ashy particles will melt superficially, so that a adhesion occurs between neighboring particles to form larger particles for which the density / surface area ratio is higher.
This change in density results in an increase in the ratio of centrifugal force to axial force acting on these particles. In addition, the agglomeration of these particles,
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resulting from the melting, has a similar effect due to the increase in the density / surface area ratio. If the effect of these combined modifications is sufficient, the resulting force, exerted on the ashy particles, will have a radial and outward-facing component which is large enough for these particles to move radially outward to 'until they reach the limiting wall of the vortex chamber in which they circulate.
Another peculiarity of the invention makes use of this effect to separate the ashes and to this end the object of the invention is a process for the combustion of endres producing fuels and according to which gases suitable for maintaining the ash. combustion, are forced to flow, in a vortex, around the axis @@ of a chamber in which the vortex is produced, fuel particles being introduced into the vortex in such a manner and at a temperature as follows. - even such that a relative radial movement takes place between the gases and the fuel, the latter gradually flowing towards the axis of the vortex as the combustion reaction progresses, while the central particles,
of greater density than that of the fuel particles and formed by the latter before they reach the exit of the chamber, move progressively and radially outward away from the axis of the vortex until they reach the delimiting wall of the chamber.
The particles of molten ash, reaching a delimiting wall, have a tendency to adhere to the latter and a layer of slag forms on this wall. As the surface of this layer remains in contact with the hot gases, it remains in the molten state and tends to flow to the lowest point of the chamber where it can be removed by any suitable means.
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It may be advantageous to allow a layer of slag, having an appreciable thickness, to form on this wall by suitably adjusting the drainage process so that an insulating layer of fresh material can be retained so that the wall of the chamber. remains at a suitably low temperature degree.
The accompanying drawings show, by way of example, several embodiments of the invention?
Fig. 1 shows, in cross section, an embodiment of the invention.
Fig: 2 shows, similarly and on a larger scale, a detail of fig. 1.
Fig 3 shows, in axial section, this same embodiment of the invention.
Fig. 4 shows, in cross section, a second embodiment.
Figs. 5 and 6 show, in axial section, another form of the vortex chamber.
Figs. 7 and 8 show, in cross section and in section according to A-A fig. 7, a third embodiment.
Fig. 9 shows, in cross section, a fourth embodiment.
Figs. 10 and 11 show, in section, variants of the arrangement according to FIG. 9.
Fig. 12 shows a variant for the injection of fuel.
Figs. 13 to 15 show the apparatus for ash removal.
On f ig. 1 the combustion device comprises a cylindrical flame tube 1 in which a high speed air stream, for example that delivered by the air compressor of a machine with a gas turbine.
The flame tube 1 supports an atomizer burner 23 for burning raw fuel, the expression "burner.
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atomizer "meaning, in this case, a burner in which the atomization of the liquid fuel is carried out by means of an air jet. In this burner the liquid is introduced through the tube 21 while the compressed air is admitted through the tube 22 to atomize the fuel.Flame tube 1 forms a primary combustion chamber, the gases, resulting from combustion therein, being directed through a volute duct 5 into a vortex chamber 4 in which secondary combustion takes place.
Fig. 2 shows the larger scale flame tube. The air stream is delivered through an outer duct 25 and is subdivided into two parts by an axial and internal duct 26, the outer or peripheral part entering directly into the duct 5 through the annular gap existing between the walls of the conduits 25 and 26 while the central part coils partly between the swirl fins 23a and partly through openings 27a formed in a stabilizing baffle 27, in the form of an opening, housed in the conduit 5.
through
The air, which passes between the fins 23a and / or the openings 27a, constitutes the primary air for the partial combustion of the fuel droplets leaving the burner 23 and the gases, obtained by this primary combustion, flow in together with unburnt droplets of fuel and secondary air through the annular space existing between ducts 25 and 26 to pass through duct 5 to vortex chamber 4 for combustion becomes complete.
In chamber 4, the gases circulate around 1 axis 7 forming a vortex, the particles slowly approaching and axis while burning while moving in an eirular path until they are completely burnt or they are A very fine ash remains which escapes, along with the combustion gases, through the axial outlet 8.
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The efficiency of combustion in chamber 4 depends on the order of the size of the particles that it can contain in a state of equilibrium, the ideal device being one in which very large particles can remain stable while parts infinia.ent small can only escape through exit 8. For this reason and as shown in fig. 3, the walls of the chamber 4 are made divergent in a radial direction and oriented inwardly so that the central part of the chamber 4 near the axis 7 has an axial width greater than the part of the chamber. the room close to the outskirts.
Fig. 4 shows one form of a trunnion chamber which is used at the same time as a combustion chamber.
In this case, the chamber 4 comprises a circular series of fins 32 between which are formed peripheral passages for the entry of air into the chamber. Each group of four of these passages includes a baffle 34 for flame stabilization; the fuel is injected radially outwards from the axis and towards the baffles by an equal number of radial nozzles 33.
Figs. 5 and 6 show vortex chambers whose walls have different shapes. In fig. 5 the wall 4a is planar while the opposite wall 4b is outwardly concave and the distance from the X point of the wall 4a to the Y point of the opposite wall 4b and measured in the direction of the axis 7 varies continuously from the peripheral entrance 5 to the exit 8, being larger for smaller departments.
Instead of the inlet duct 5, in the form of a volute (fig. 1), or in addition to this one, the inlet of the chamber 4 can comprise a circular series of guide fins (fig. 4) to form the desired vortex. When using a duct '5 in volute, the general curvature of the axis of the
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duct and the shape of its walls should be such that the flow of air in the region where this duct flows into chamber 4 should not appreciably disturb the conditions of the desired vortex flow in the vicinity of this region.
For this reason, the axis of the duct 5 is preferably given the form of a simple spiral (as in fig. 1) and as shown in fig. 5, the delimiting walls 5a and 5b of the entire duct, from its entry to its exit in the chamber 4, have the same general shape as that of the walls 4a and 4b of the vortex chamber.
It may be advantageous to make the chamber 4 comprise a coaxial core which may be solid or which, as shown in FIG. 5, can be constituted by a tube 41 through which, if desired, air can be introduced to be mixed with the combustion gases and to cool the latter, at the outlet 8. Such a tube can serve as a housing for the combustion gases. a shaft in case the vortex chamber is ooaxial with the turbine and the compressor of a machine with a gas turbine.
In fig. 6, the wall 4c is concave outwardly and the wall 4d is oval outwardly.
Fig. 7 shows an annular arrangement in which part of the air flow forms primary air and is admitted axially while another part is used to cool the walls of the chamber and is introduced peripherally to form air. secondary air, the general flow of which is indicated by arrows.
For this arrangement, the general structure of the burner 23 and of the annular ducts 25 and 26 is the same as that described with regard to FIG. 1, however, an inlet duct 24, additional and external, is provided through which a current of air enters at a high speed.
The stream is divided into two parts by line 25 - and the central part enters through line 25 and then subdivides as described in FIG. 1.
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In this case, however, the annular gap between the conduits 25 and 26 contains swirl fins 25a through which the air, which flows through this gap, passes in a vortex around the axis 7.
The peripheral part of the air, admitted into the duct 24, flows through the annular space 17a between the cohduits 24 and 25 and then passes between the series of fins 28 (fig. 8) which rotate. this air around axis 7 so that the greater part of this air can pass more easily as secondary air, between the fins 19a established in the peripheral inlets 19 into chamber 4.
In this way, the primary air and the secondary air both form vortices around axis 7.
The air which flows through the annular space 17a serves to cool the walls 4d of the chamber and part of this air flows beyond the fins 19a into the annular space 17n by cooling the walls 4f. This air finally passes between the fins 8a, established near the outlet 8, to mix with the combustion gases as tertiary air to act as a diluent and a refrigerant.
Fig. 9 shows the use of means for subjecting the fuel to a centrifugal effect in the vortex chamber 4, these means being constituted by a rotary atomizer having the shape of a disc or a cup. The atomiser 15 rotates with a rod 16, the axis of which coincides with the axis 7 of the chamber 4, the walls 4f of this chamber being concave and the walls 4d are flat as in FIG. 7.
The general annular construction of the chamber 4 is, in this case, similar to that of FIG. 7 but the inlet pipe and the burner are constructed in a different way. In this case, the air current is admitted by a duct 18 and it is subdivided, near the atomizer 15,
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in two parts, the peripheral part of which passes through the annular passage 17a and enters the chamber 4 via the peripheral inlets 19, as in FIG. 7, while the central part passes between the fins 18a and enters directly into the chamber 4 to allow the primary combustion of the fuel droplets ejected from the atomizer 15.
Primary and secondary air currents interact to produce turbulence and reverse flow, as indicated by arrows. The flame produced by the ignition of the fuel droplets is thus stabilized.
Fuel droplets. emanating from the sister atom, enter the region where the current is reversed and in which ignition occurs and they are expelled by the main vortex in the body of chamber 4. L Tertiary is admitted beyond the inlets 19 and mixes with the combustion gases at the outlet 8.
Fig. 10 shows means by which the device of FIG. 9 a pilot zone in the immediate vicinity of the rotating atomiser 15. The internal wall 4d of the chamber 4 has an axial extension 36 which is coaxial with the inlet duct 18 and contains fins 18a for swirling the primary air. . The extension 36 is long enough so that this primary air can make at least one full turn $ as indicated by the arrows.
As a result of the high centrifugal force, which acts on the fuel droplets by the effect of the primary air vortex, these droplets run the risk of being deposited on the walls 4d and FIG. 11 shows an arrangement by which this deposit is prevented.
A tube 20, of short length, is established immediately around the fins 18a for the primary air and in the tube is housed the atomizer 15. The tube 20 is itself established.
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dansle inlet duct 18 and the walls 4d comprise an axial extension 26. The effect obtained by this arrangement is to form around the primary swirling air an annular sheath of fresh and pure air as indicated by arrows. ches and this sheath prevents the deposit of droplets on the ser @@ 4d.
Another way to stabilize the flame in the vicinity of the atomizer consists in arranging the latter so that it can rotate in the opposite direction to that of the vortex of the combustion gases, which increases the relative speed between the gases and the droplets. that emanate from the atomizer. This tends to produce a faster reaction and at the same time slows the movement of the fuel droplets as they move away from the atomizer.
The device according to figs. 1, 5 or 6 also allows the use of ash-forming fuels by causing the gases, which support combustion, to flow in a vortex around the axis of the vortex chamber. The fuel particles are introduced in such a way and at a temperature itself such that there is a relative radial movement between the gases and the fuel, the latter gradually moving towards the vortex axis, as the reaction combustion continues while the ash particles, the de * sity of which is greater than that of the fuel particles and which are produced by the latter before they reach the exit of the chamber,
move progressively and radially outward from the vortex axis until they reach the delimiting wall of the chamber on which they form a layer of molten slag.
In this case, it suffices to bring in a sufficiently high temperature and to arrange for the walls of the vortex chamber to have a shape such that they are suitable for forming flow passages!
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Fig. 12 shows a preliminary vortex chamber which can be used to introduce fuel particles of the desired size into a second vortex chamber which is used for combustion. In fig. 12 air and fuel particles are introduced into m inlet duct 37 and thence into a vortex chamber 38 passing between fins 39, while the vortex chamber has an axial outlet 40.
The dimensions are chosen such that only fuel particles, having a given dimension, can pass through the outlet 40, which is connected to the inlet duct of a main vortex chamber used for combustion and which can , for example, be a chamber similar to that of FIG. 5 and in this case the outlet 40 is connected directly to the inlet 5 of FIG. 52 The outlet 40, instead of being constituted by a circular opening, as shown in lafig. 12, can. also be annular to select from chamber 38 particles of any desired size.
In the case of a gas turbine, it is important to prevent unburned particles from reaching the turbine blades. On the other hand, the flow conditions in chamber 4 are such that, despite its limitations, there is still a critical dimension to which some small particles pass through outlet 8 in which they are, however, subjected. only to a centrifugal force and a thrust towards the periery. As visible six in fig.
13, these particles can, therefore, be separated by taking the outer layer in the outlet duct 10, upstream of the turbine 13 using a passage 9 which is established on the outside, in the direction radial, of the blades 12 of the turbine and which can, if desired, act as a bypass and which is connected to the main passages for the fuel, in front of the turbine 13.
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Fig. 14 shows a variant of the device for ash removal and for which the outlet 8 of the vortex and combustion chamber 4 is connected to an ahan ber 42 in which the gases move radially outward and towards the periphery of 'where they flow through a duct 43, in the form of a volute. The ash particles are projected onto the peripheral walls of the chamber 42 and are discharged through a passage 44.
Fig. 15 shows another variant for the removal of ash and according to which the outlet of the vortex chamber is connected to a chamber 45 which acts like that of FIG. 14 except that, in this case, the gases leave the chamber 45 through an axial outlet 46, the diameter of which is equal to that of the inlet 47. An additional stream of air or any other gas may be introduced tangentially, with or without vortex, into chamber 45 through a peripheral inlet 48 to promote the separating effect.
If desired, at least two vortex chambers can be set up in series, the outlet of one chamber being connected to the inlet of the next chamber so that the particles, which become too small to remain in the chamber. first chamber, before the completion of combustion. can burn completely in the next chamber.
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