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" Perfectionnements apportés ou relatifs à des becs pulvérisa- teurs pour brûleurs à combustible liquide."
La présente invention a trait à des becs pulvérisateurs pour brûleurs à combustible liquide, tels qu'on en emploie dans les moteurs à turbine à gaz d'aviation, dans lesquels une ato- misation efficace est exigée entre des limites reculées de débit du combustible, à partir d'une alimentation maximum en pleine
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puissance au niveau du sol, jusqu'à un minimum lors d'une marche au ralenti à haute altitude. Cet effet est obtenu par l'emploi de deux chambres de déflexion coaxiales par rapport à leurs orifi- ces atomiseurs coaxiaux l'un par rapport à l'autre, l'un servant aux besoins à débit inférieur et l'autre, ou les deux, servant aux besoins à débit maximum.
La présente invention concerne des becs pulvérisateurs de combustible comme décrit ci-dessus, et elle s'applique à une cons- truction perfectionnée de becs pulvérisateurs de combustible dé- crits et revendiqués dans la spécification de la demande de brevet britannique n 9036/47, lesquels becs pulvérisateurs de combusti- ble comprennent essentiellement une paire d'orifices atomiseurs de combustible disposés coaxialement l'un par rapport à l'autre et alimentés par des chambres de déflexion séparées et coaxiales, dans chacune desquelles le combustible peut être introduit par des ouvertures associées, disposées de façon à communiquer une déflexion rotative au combustible à l'intérieur de la chambre, chambre de déflexion dont la première est constituée par un trou central de section pleine circulaire,
limité par une paroi de sec- tion circulaire annulaire et se terminent à une extrémité par une ouverture de section pleine circulaire coaxiale avec le trou et constituant l'orifice atomiseur de ladite première chambre de dé- flexion, et dont la seconde chambre de déflexion a une section annulaire circulaire/dont la paroi intérieure est au moins en partie consti- tuée par ladite paroi annulaire et se termine par une ouverture de section circulai-re coaxiale avec les chambres et formant l'o- rifice atomiseur de ladite seconde chambre, lesdites chambres de déflexion et orifice atomiseurs de combustible étant disposés de façon que le cône creux de combustible atomisé sortant de la pre- mière chambre de déflexion se trouve à l'intérieur du cône creux de combustible atomisé sortant de la seconde chambre de déflexion.
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Selon la présente invention, un bec pulvérisateur pour brû- leur à combustible liquide comprend (a) un corps agencé de façon à.recevoir deux courants d'alimentation en combustible et d'en di- riger un vers une chambre centrale et l'autre vers une chambre an- nulaire, ou une série de chambres disposées annulairement, et qui s'ouvrent vers l'extrémité du corps, (b) une plaque fixée contre ladite extrémité et ayant un renflement conique central sur le côté éloigné de ladite extrémité, ladite plaque ayant une chambre de dé- flexion centrale s'ouvrant par un orifice atomiseur convergent si- tué au sommet dudit renflement, et des passages de déflexion héli- coïdaux ou tangentiels s'ouvrant entre la chambre centrale susdite et la chambre de déflexion,
et présentant également une série an- nulaire de trous qui la traversent en face de la chambre annulaire ou de la série annulaire de chambres précitées, et (c) une seconde plaque fixée contre la première plaque et présentant une rainure annulaire ouverte sur la série annulaire de trous de la première plaque, des passages de déflexion tangentiels ou hélicoïdaux sur la même face de la plaque s'étendant à partir de sa rainure annu- laire vers l'intérieur d'une chambre de déflexion centrale entou- rant le renflement de la première plaque, et s'ouvrant sur l'autre face de la seconde plaque par un orifice atomiseur central conver- gent .
L'assemblage donné ci-dessus des parties du brûleur peut être supporté par deux tubes qui assurent l'alimentation en combus- tible du corps, et, selon une autre particularité de l'invention, ces tubes sont eux-mêmes portés par une armature située sur la pa- roi de la chambre de combustion, ladite armature comprenant un siège sphérique, grâce à quoi un certain degré de mouvement univer= sel est assuré pour le réglage de l'assemblage du brûleur.
Une forme de réalisation de la présente invention va mainte- nant être décrite avec références aux dessins ci-annexés : la fig. I est une coupe longitudinale du bec pulvérisateur,
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les figs.2, 3 et 4 sont des coupes suivant les lignes 2-2, 3-3 et 4-4 respectivement de la fig.I, et la fig.5 illustre une méthode de montage du bec pulvérisateur dans une chambre de combustion pour moteur à turbine à gaz.
En se référant aux figs.I à 4, on voit que le bec pulvérisa- teur de combustible prend un corps de forme sensiblement cylindri- que fait en deux parties 10 et II qui s'aboutent bout à bout. La partie 10 présente à son extrémité arrière une paire d'ouvertures destinées à recevoir les tubes d'alimentation en combustible 12, 13 respectivement pour l'alimentation-pilote et l'alimentation princi- pale.
Le tube 12 s'ouvre dans une chambre 14 qui s'étend sur la longueur de le partie de corps 10 et, partiellement, dans la partie de corps 11, et le second tube s'ouvre dans une chambre 15 d'envi- ron la même étendue axiale que la chambre 14. La chambre 14 com- munique par un passage 16 ménagé dans la partie 11 avec une cham- bre centrale 17 située dans la partie 11, et la chambre 15 commu- nique par une série de passages 18 disposés en arc, avec une rai- nure annulaire 19 ménagée dans la face avant de la partie de corps 11. Les chambres 14 et 15 sont pourvues de filtres à combustible 20.
Chaque filtre à combustible 20 consiste en un corps cylindri- que fileté dans le sens de sa longueur, comme on le voit clairement à la fig.I, présentant des évidements 20a ouverts par le bout, à chaque extrémité, et comportant une série de rainures allant en s'amenuisant 20b, s'étendant à partir de chaque extrémité vers un point de la longueur du filtre situé un peu en deçà de l'extrémité opposée. Les rainures 20b communiquent par leurs extrémités pro- fondes avec les évidements 20a et les rainures 20b sont disposées de façon à s'étendre alternativement d'un bout à l'autre.
Le com- bustible pénétrant dans la chambre 14 ou 15 s'écoule dans l'évide- ment 20a du côté gauche du filtre, comme on le voit sur le dessin,
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dans les rainures 20b s'ouvrant dans l'évidement 20a autour de la périphérie du filtre, dans les rainures 20b partant de l'extrémité droite du filtre et, ainsi, dans l'évidement 20a située à l'extré- mité droite du filtre. Comme on le voit plus clairement à la fig.
2, le filtre de la chambre 15 destinée au courant d'alimentation principal, a quatre rainures 20b partant de chaque extrémité du filtre et le filtre de la chambre 14 a deux rainures partant de chaque extrémité.
Le corps du bec pulvérisateur est constitué de deux parties comme il est décrit ci-dessus afin de faciliter l'introduction des filtres 20 dans les chambres 14 et 15 et les filtres servent à maintenir en alignement les parties 10 et 11 du corps l'une par rapport à l'autre.
Une première plaque 21 est maintenue contre l'extrémité avant de la partie de corps 11 et une seconde plaque 22 est mainte- nue contre la première plaque 21 au moyen d'un manchon 23 fixé à la partie de corps 10 et ayant un rebord dirigé vers l'intérieur 23b à son extrémité avant, pour porter contre la face avant de le seconde plaque 22. Afin de faciliter l'assemblage des plaques 21 et 22 sur l'extrémité avant de la partie de corps 11, il est prévu un manchon d'alignement 24 qui glisse sur l'extrémité avant de la partie de corps 11 et entoure la première plaque 21 et l'extrémité arrière de la plaque 22.
Le manchon 23 est vissé sur la partie de corps 10 et y est calé par une bague-ressort 25 embrassant l'extrémité arrière du manchon 23 et ayant une paire d'oreilles 25a dirigées en sens con- traires et s'engageant respectivement entre les créneaux 10a et 23a des surfaces extérieures de la partie de corps 10 et du man- chon 23. Comme on le voit plus clairement à la fig.2, il y a neuf créneaux 10a sur la partie de corps 10 et huit créneaux 23a sur le manchon 23, si bien qu'un effet de vernier est obtenu pour per- mettre de caler le manchon 23 en toute position utile sur la parti=
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de corps 10.
Le manchon 23 est espacé des parties de corps 10 et 11 de façon à ménager un espace annulaire 26 pour le passage de l'air de refroidissement, lequel air pénètre dans l'espace annulaire 26 à travers un certain nombre de trous ou passages 27 ménagés dans la partie de corps 10/ Comme on le voit à la fig.2, il y a quatre passages axiaux qui viennent de la face arrière de la partie de corps 10 et se terminent dans des trous radiaux menant à l'espace annulaire 26. L'air s'écoule vers l'avant par l'espace annulaire 26 et de là, passe par une série de forages 28 et 29 du rebord 23b vers l'extérieur du bec pulvérisateur. Les forages 28 sont incli- nés vers l'intérieur par rapport à l'axe du bec pulvérisateur et les forages 29 sont dirigés vers l'extérieur par rapport à cet axe.
On voit ainsi que l'air sort de l'espace annulaire 26 en un cer- tain nombre de filets formés autour des jets de combustible qui sortent du bec pulvérisateur à travers la plaque 22 de la manière décrite ci-dessous.
La première plaque 21 est pourvue à sa surface arrière d'un renflement cylindrique creux 30 et sur sa surface avant, d'un ren- flement tronconique creux coaxial 31, de façon à ménager un trou central 32 traversant les renflements pour se terminer en une par- tie tronconique convergente s'ouvrant par une ouverture de section circulaire pleine 33 à travers laquelle le combustible passe dans la chambre de combustion. L'extrémité arrière du trou 32, qui constitue la chambre de déflexion pour le courant d'alimentation pilote, est fermée par le bouchon 34 et le combustible s'écoule de la chambre 17 dans la chambre de déflexion 32 par des ouvertures d'admission tangentielles 35 (fig. 4) de façon que le combustible pénétrant dans la chambre de déflexion 32 ait un mouvement rotatif.
La plaque 21 est aussi pourvue d'une couronne d'ouvertures 36 communiquant à une extrémité avec la rainure annulaire 19 ménagée dans la face avant de la partie de corps 11.
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Le seconde plaque 22 comporte à sa face arrière une rainure annulaire 37 dans laquelle s'ouvrent les ouvertures 36 et qui communique par le moyen d'un certain nombre de passages hélicoï- daux ou tangentiels 38 ménagés dans la surface arrière de la pla- que 22, avec un trou tronconique 39 s'étendant à travers la pla- que 22 et se terminant à son extrémité étroite par une ouverture de section circulaire pleine 40. La chambre de déflexion 32, l'o- rifice 33, le trou conique 39 et l'orifice 40 sont disposés de façon à être coaxiaux l'un par rapport à l'autre.
Le courant d'a- ainsi limentation principale s'écoule/de-la rainure annulaire 19 prati- avant. quée dans la face/de la partie de corps 11, à travers les trous axiaux 36 pratiqués dans la plaque 21, dans la rainure annulaire 37 pratiquée dans la face arrière de la plaque 22, et de là, par les passages tangentiels ou hélicoïdaux 38, dans la chambre de annulaire déflexion principale formée par l'espace troneoniquesitué entre le renflement 31 et la paroi du trou tronconique 39. Le combus- tible quitte la chambre de déflexion principale à travers l'ori- fice 40 sous la forme d'un pulvérin conique creux.
On voit que l'orifice atomiseur 33 pour le courant d'alimen- tation pilote est en retrait de l'orifice 40 du courant d'alimen- tation principale, mais l'agencement est tel que le jet conique de combustible sortant de l'orifice 33 a un angle moindre que ce- lui du jet sortant de l'orifice 40, si bien que le jet sortant de l'orifice 33 se trouve à l'intérieur du jet conique de combusti- ble sortant de l'orifice 40. Ainsi les deux jets ne se mélangent ni ne se gênent pratiquement pas puisque toute interférence im- portante entre les jets tend à compromettre l'effet de l'atomi- sation.
Les diverses parties du bec pulvérisateur sont assemblées comme il est décrit ci-dessus sur les parties du corps 10 et 11, les deux plaques 21 et 22 étant maintenues en position comme il est dit ci-dessus par le manchon d'alignement 24 et le manchon
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de calage 23 lequel est calé, pour l'empêcher de tourner sur la partie de corps 10, par la bague-ressort 25.
En se référant maintenant à la fig. 5 des dessins ci-annexés, il y est illustré une nouvelle méthode de supporter un dispositif à bec pulvérisateur comme décrit ci-dessus à l'intérieur d'une chambre de combustion d'un moteur à turbine à gaz.
La chambre de combustion comprend, comme d'habitude, un dôme d'admission 50 en communication par son extrémité d'entrée avec le compresseur du moteur et par son extrémité de sortie, avec la par- tie principale du corps 51 de la chambre de combustion. Comme il est d'usage, un tube brûleur 52 est maintenu à l'intérieur de la chambre de combustion et le bec pulvérisateur est logé à l'inté- rieur de l'extrémité d'entrée du tube brûleur, l'extrémité avant du manchon 23 étant prise à l'intérieur d'un moyeu creux 53 d'une armature montée dans l'entrée du tube brûleur 52.
Les tuyaux d'a- limentation en combustible 12 et 13 s'étendent de l'extrémité ar- rière du bec pulvérisateur vers l'extérieur à travers l'extrémité d'entrée d'air du tube brûleur, pour passer de là, à angle sensi- blement droit, à travers l'ouverture 54 du dôme d'admission de la chambre de combustion.
Les tubes 12 et 13 sont montés dans une armature 55 pourvue d'un siège à surface sphérique 55a coopérant avec des sièges sphé- rioues d'une paire de plaques de montage 56, 57 qui sont boulon- nées au dôme d'admission, à l'extérieur de celui-ci. Cette forme de montage du bec pulvérisateur permet un léger ajustement angu- laire dans toute direction, de l'armature et, par conséquent, des tubes 12 et 13 du bec pulvérisateur qu'ils portent.
On voit que la présente invention permet une construction simple de bec pulvérisateur pour brûleur à combustible liquide ayant deux orifices atomiseurs coaxiaux, par l'assemblage de par- ties qui peuvent être aisément usinées-et assemblées.
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"Improvements made or relating to spray nozzles for liquid fuel burners."
The present invention relates to spray nozzles for liquid fuel burners, as employed in aviation gas turbine engines, in which efficient atomization is required between remote limits of fuel flow. from a maximum feed in full
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power at ground level, down to a minimum when idling at high altitude. This effect is obtained by the use of two deflection chambers coaxial with respect to their atomizing ports coaxial with respect to one another, one serving the needs at a lower flow rate and the other, or both. , serving the needs at maximum flow.
The present invention relates to fuel spray nozzles as described above, and is applicable to an improved construction of fuel spray nozzles described and claimed in the specification of British Patent Application No. 9036/47, which fuel spray nozzles essentially comprise a pair of fuel atomizing ports arranged coaxially with respect to each other and fed by separate and coaxial deflection chambers, into each of which fuel can be introduced through openings associated, arranged so as to communicate a rotary deflection to the fuel inside the chamber, the deflection chamber of which the first is constituted by a central hole of full circular section,
limited by a wall of annular circular cross-section and terminate at one end with an opening of full circular cross-section coaxial with the hole and constituting the atomizing orifice of said first deflection chamber, and of which the second deflection chamber has a circular annular section / the inner wall of which is at least partly constituted by said annular wall and terminates in an opening of circular section coaxial with the chambers and forming the atomizer orifice of said second chamber, said fuel atomizing deflection chambers and orifice being arranged such that the hollow cone of atomized fuel exiting the first deflection chamber is within the hollow cone of atomized fuel exiting the second deflection chamber.
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According to the present invention, a spray nozzle for a liquid fuel burner comprises (a) a body arranged to receive two streams of fuel supply and to direct one to a central chamber and the other. towards an annular chamber, or a series of chambers arranged annularly, and which open towards the end of the body, (b) a plate fixed against said end and having a central conical bulge on the side remote from said end, said plate having a central deflection chamber opening through a converging atomizer orifice located at the top of said bulge, and helical or tangential deflection passages opening between the aforesaid central chamber and the deflection chamber,
and also having an annular series of holes passing therethrough opposite the annular chamber or the annular series of chambers mentioned above, and (c) a second plate fixed against the first plate and having an annular groove open on the annular series of holes in the first plate, tangential or helical deflection passages on the same face of the plate extending from its annular groove inwardly to a central deflection chamber surrounding the bulge of the plate. first plate, and opening onto the other face of the second plate by a converging central atomizer orifice.
The assembly given above of the parts of the burner can be supported by two tubes which ensure the supply of fuel to the body, and, according to another particularity of the invention, these tubes are themselves carried by a frame. located on the wall of the combustion chamber, said frame comprising a spherical seat, whereby a certain degree of univer = salt movement is provided for the adjustment of the burner assembly.
An embodiment of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings: FIG. I is a longitudinal section of the spray nozzle,
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figs. 2, 3 and 4 are sections along lines 2-2, 3-3 and 4-4 respectively of fig.I, and fig. 5 illustrates a method of mounting the spray nozzle in a combustion chamber for gas turbine engine.
Referring to Figs. I to 4, it is seen that the fuel spray nozzle assumes a substantially cylindrical body made of two parts 10 and II which butt end to end. Part 10 has at its rear end a pair of openings intended to receive the fuel supply tubes 12, 13 respectively for the pilot supply and the main supply.
Tube 12 opens into a chamber 14 which extends the length of body portion 10 and, partially, into body portion 11, and the second tube opens into a chamber 15 of approximately the same axial extent as the chamber 14. The chamber 14 communicates by a passage 16 formed in the part 11 with a central chamber 17 situated in the part 11, and the chamber 15 communicates by a series of passages 18 arranged in an arc, with an annular groove 19 formed in the front face of the body part 11. The chambers 14 and 15 are provided with fuel filters 20.
Each fuel filter 20 consists of a cylindrical body threaded lengthwise, as clearly seen in Fig. I, having recesses 20a open at the end at each end and having a series of grooves. tapering off 20b, extending from each end to a point in the length of the filter a little short of the opposite end. The grooves 20b communicate by their deep ends with the recesses 20a and the grooves 20b are arranged so as to extend alternately from one end to the other.
Fuel entering chamber 14 or 15 flows into recess 20a on the left side of the filter, as shown in the drawing,
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in the grooves 20b opening in the recess 20a around the periphery of the filter, in the grooves 20b extending from the right end of the filter and, thus, in the recess 20a located at the right end of the filter . As can be seen more clearly in fig.
2, the filter of the chamber 15 for the main feed stream has four grooves 20b extending from each end of the filter and the filter of the chamber 14 has two grooves extending from each end.
The body of the spray nozzle consists of two parts as described above in order to facilitate the introduction of the filters 20 into the chambers 14 and 15 and the filters serve to keep the parts 10 and 11 of the body in alignment with one another. compared to each other.
A first plate 21 is held against the front end of the body portion 11 and a second plate 22 is held against the first plate 21 by means of a sleeve 23 attached to the body portion 10 and having a directed flange. inwardly 23b at its front end, to bear against the front face of the second plate 22. In order to facilitate the assembly of the plates 21 and 22 on the front end of the body part 11, a sleeve is provided alignment 24 which slides over the front end of the body portion 11 and surrounds the first plate 21 and the rear end of the plate 22.
The sleeve 23 is screwed onto the body part 10 and is wedged there by a spring ring 25 embracing the rear end of the sleeve 23 and having a pair of ears 25a directed in opposite directions and respectively engaging between them. slots 10a and 23a of the outer surfaces of body portion 10 and sleeve 23. As can be seen more clearly in Fig. 2, there are nine slots 10a on body portion 10 and eight slots 23a on sleeve. sleeve 23, so that a vernier effect is obtained to allow the sleeve 23 to be wedged in any useful position on the part =
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body 10.
The sleeve 23 is spaced from the body parts 10 and 11 so as to provide an annular space 26 for the passage of cooling air, which air enters the annular space 26 through a number of holes or passages 27 provided. in the body part 10 / As seen in Fig. 2, there are four axial passages which come from the rear face of the body part 10 and terminate in radial holes leading to the annular space 26. The air flows forward through the annular space 26 and from there passes through a series of holes 28 and 29 from the flange 23b to the outside of the spray nozzle. The boreholes 28 are inclined inwardly relative to the axis of the spray nozzle and the boreholes 29 are directed outwardly relative to this axis.
It is thus seen that the air exits the annular space 26 in a number of threads formed around the fuel jets which exit from the spray nozzle through the plate 22 in the manner described below.
The first plate 21 is provided at its rear surface with a hollow cylindrical bulge 30 and on its front surface with a coaxial hollow frustoconical bulge 31, so as to provide a central hole 32 passing through the bulges to end in a converging frustoconical part opening through an opening of solid circular section 33 through which the fuel passes into the combustion chamber. The rear end of hole 32, which constitutes the deflection chamber for the pilot feed stream, is closed by plug 34 and fuel flows from chamber 17 into deflection chamber 32 through inlet openings. tangential 35 (Fig. 4) so that the fuel entering the deflection chamber 32 has a rotary motion.
The plate 21 is also provided with a ring of openings 36 communicating at one end with the annular groove 19 formed in the front face of the body part 11.
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The second plate 22 has on its rear face an annular groove 37 in which the openings 36 open and which communicates by means of a certain number of helical or tangential passages 38 formed in the rear surface of the plate. 22, with a frustoconical hole 39 extending through the plate 22 and terminating at its narrow end with an opening of solid circular section 40. The deflection chamber 32, the orifice 33, the conical hole 39 and the orifice 40 are arranged so as to be coaxial with one another.
The main feed stream thus flows from the annular groove 19 practically before. ced in the face / of the body part 11, through the axial holes 36 made in the plate 21, into the annular groove 37 made in the rear face of the plate 22, and thence through the tangential or helical passages 38 , in the main deflection annular chamber formed by the frustoconical space located between the bulge 31 and the wall of the frustoconical hole 39. The fuel leaves the main deflection chamber through the orifice 40 in the form of a hollow conical spray.
It can be seen that the atomizer port 33 for the pilot feed stream is recessed from the port 40 of the main feed stream, but the arrangement is such that the conical jet of fuel exiting the nozzle. orifice 33 has a lesser angle than that of the jet exiting from orifice 40, so that the jet exiting from orifice 33 is inside the conical jet of fuel exiting from orifice 40. Thus the two jets hardly mix or interfere with each other since any significant interference between the jets tends to compromise the effect of atomization.
The various parts of the spray nozzle are assembled as described above on the body parts 10 and 11, the two plates 21 and 22 being held in position as said above by the alignment sleeve 24 and the muff
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wedging 23 which is wedged, to prevent it from rotating on the body part 10, by the spring ring 25.
Referring now to fig. 5 of the accompanying drawings, there is illustrated a novel method of supporting a spray nozzle device as described above within a combustion chamber of a gas turbine engine.
The combustion chamber comprises, as usual, an intake dome 50 in communication at its inlet end with the compressor of the engine and at its outlet end with the main part of the body 51 of the chamber. combustion. As is customary, a burner tube 52 is held inside the combustion chamber and the spray nozzle is housed inside the inlet end of the burner tube, the front end of the burner tube. sleeve 23 being taken inside a hollow hub 53 of a frame mounted in the inlet of the burner tube 52.
The fuel supply pipes 12 and 13 extend from the rear end of the spray nozzle outward through the air inlet end of the burner tube, from there to. substantially right angle, through opening 54 of the combustion chamber intake dome.
The tubes 12 and 13 are mounted in a frame 55 provided with a spherical surface seat 55a cooperating with spherical seats of a pair of mounting plates 56, 57 which are bolted to the intake dome, to outside of it. This form of mounting of the spray nozzle allows a slight angular adjustment in any direction of the frame and, therefore, of the tubes 12 and 13 of the spray nozzle which they carry.
It will be seen that the present invention allows a simple construction of a spray nozzle for a liquid fuel burner having two coaxial atomizer ports, by the assembly of parts which can be easily machined and assembled.