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PERFECTIONNEMENTS AUX-DISPOSITIFS D'INJECTION DE COMBUSTIBLE POUR-,MOTEURS A TURBINE A GAZ ET A L'EQUIPEMENT DE COMBUSTION UTILISE AVEC CEUX-CI.
Cette invention concerne les dispositifs d'injections du combusti- ble pour moteurs à turbine à gaz et l'équipement de combustion employé dans ceux-ci. Elle se rapporte à des dispositifs d'injection du combustible de l'espèce par laquelle le combustible est introduit dans l'équipement de com-. bustion, à travers un orifice d'atomisation, sous la forme d'un jet de liqui- de pulvérisé.,
Les dispositifs d'injection de ce genre sont utilisés amplement dans les moteurs à turbine à gaz, un combustible d'alimentation, provenant d'une source extérieure, étant introduit dans une chambre de turbulence de laquelle' il sort, par un orifice d'atomisation coaxial avec la chambre.
Les dispositifs d'injection de combustible de cette espèce font naître certaines difficultés, dues à la combustion incomplète du combustible dans l'équipement de combustion, combustion incomplète qui tend à occasionner des dépôts de carbone sur la face du dispositif d'injection dans lequel est pratiqué l'orifice d'atomisation; de tels dépôts de carbone affectent défa- vorablement la production d'un jet de combustible uniformément atomisé. Com- me résultat de ceci, il a été constaté qu'après des périodes étendues de mar- che du moteur, l'efficacité et l'uniformité de la combustion sont diminuéeso
L'objet principal de la présente invention est de prévoir un agen- cement du dispositif d'injection de combustible dans lequel une telle tendan- ce à la formation de carbone soit minimisée ou empêchée.
Selon la présente invention, le dispositif d'injection du combus- tible de l'espèce spécifiée comprend un ensemble de parties, dont la partie de nez présente une surface extérieure sensiblement conique, au sommet de laquelle l'orifice d'atomisation est prévu pour s'étendre axialement par rapport à la surfacé conique, ladite partie de nez conique étant entourée, sur une partie au moins de sa longueur axiale, par un élément de couverture, afin de définir avec ladite surface-conique un passage annulaire, dans le- quel est amené de l'air froid et à partir duquel l'air froid sort dans un
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sens allant vers l'axe de l'orifice et de façon à balayer la surface conique.
Dans une'forme de réalisation de l'invention, l'orifice d'atomisa- tion est formé dans une partie de l'ensemble qui constitue la partie de nez du dispositif d'injection de combustible.
En variante, une partie de nez de l'ensemble ayant une surface extérieure sensiblement conique peut supporter à son sommet une partie sé- parée formée avec un orifice d'atomisation qui la traverse.
Dans certains cas, la partie de nez peut être constituée par deux surfaces coniques séparées d'angles différents aux sommets, l'une d'elle, de plus grand angle au sommet, ayant sa petite extrémité d'un diamètre sensible- ment égal au diamètre de la plus grande extrémité de cette ayant le plus petit angle au sommet, ces surfaces étant agencées de telle sorte qu'elles forment une surface pratiquement continue, l'orifice d'atomisation étant formé dans le sommet de la partie de moindre angle au sommet, ou étant por- té par celle-cio Dans un tel agencement, l'élément de couverture peut en- tourer la partie de nez ayant le plus grand angle au sommet et peut présen- ter une forme intérieure conique similaire à la surface conique de plus grand angle au sommet, pour donner ainsi un passage convergent annulaire à partir duquel un courant d'air froid sort,
pour balayer la surface conique de plus petit angle au sommet.
Avec l'agencement selon l'invention, l'air froid, sortant du pas- sage annulaire, est dirigé de façon à passer sur.la surface de la partie formée avec l'orifice d'atomisation ou supportant ce dernier, afin de le re- froidir et par le fait de son action de nettoyage, de prévenir le dépôt de carbone sur la partie d'orifice.
Il est à mentionner que dans les formes de construction antérieu- rement adoptées la surface extérieure de la partie d'orifice se trouvait dans un plan pratiquement normal à l'axe de l'orifice et l'air de refroidis- sement, destiné au dispositif d'injection, sortait en faisant un angle appré- ciable avec le plan de la surface extérieure de la partie d'orifice, de telle sorte qu'il ne s'écoulait pas le long de cette surface, et on peut penser que ceci a contribué à amener les difficultés esquissées ci-dessus.
Dans un dispositif d'injection de combustible selon l'invention, l'élément de couverture entourant le nez pour former le passage annulaire est, de façon convenable, réalisé comme un élément du dispositif d'injection, c'est-à-dire que l'élément de couverture fait partie de l'ensemble du dispo- sitif d'injection, afin d'être enlevé et installé avec lui. En variante, l'é- lément de couverture peut être constitué par un organe de l'équipement de combustion.
Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, un élément de couverture entoure le nez et constitue un élément du dispositif d'injec- tion de combustible, tandis qu'une partie supplémentaire de l'équipement de combustion entoure le dispositif d'injection de combustible et forme avec la surface extérieure de l'élément de couverture un second passage annulai- re, à partir duquel l'air sort, sensiblement parallèlement à la surface conique de la partie de nez.
L'invention peut de façon convenable être employée en combinaison avec l'agencement décrit dans une demande de brevet copendante dans laquelle on a prévu, dans l'équipement de combustion comprenant des tubes brûleurs, le fait d'empêcher la formation de carbone sur la partie divergente d'un tube brûleur,dans la région du dispositif d'injection de combustible.
Dans des formes de construction selon l'invention, la fourniture d'air de refoidissement est, de préférence, dérivée à partir d'un prolon- gement, formant conduit, d'un tube brûleur, prolongement qui sépare un courant d'air primaire, à partir d'un courant d'air de mélange, dans un équipement de combustion comprenant un tube brûleur sensiblement tubulaire, dans une enveloppe à air extérieure. La chute de pression, entre le pro- longement formant conduit et l'intérieur du tube brûleur est donc dispo- nible pour créer le courant d'air de refroidissement.-
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Dans certains cas, une source de pression extérieure d'air de refroidissement peut être utilisée.
Trois formes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrites, à titre d'exemple, avec référence aux dessins annexés dans les- quels : la figure 1 représente schématiquement un moteur à turbine à gaz.
La figure 2-est une vue en coupe, à travers une chambre de com- bustion d'un tel moteur,à une plus grande échelle, montrant le dispositif d'injection.
Les figures 3 et 4 montrent des formes modifiées de dispositifs d'injection.
Le moteur à trubine à gaz représenté à la figure 1 comprend un compresseur 10, fournissant de l'air comprimé à un équipement de combustion 11, à partir duquel les'produits de combustion passent par une turbine 12 qui entraîne-le compresseur 10 et par un tube à réaction 13 muni d'une tuyère de propulsion 14 d'où ils s'échappent dans l'atmosphère. Le moteur convient pour,la propulsion à réaction d'aviono
L'équipement de combustion 11 comprend une série de tubes brûleur, sensiblement tubulaires, disposés dans des enveloppes à air sensiblement tu- bulaires.
Un tel ensemble tube à brûleur-enveloppe à air est représenté en coupe à la figure 2, l'agencement comprenant une chambre d'expansion 15 d'en- trée, reliée au côté de décharge du compresseur 10 du moteur, et présentant une section circulaire sensiblement divergente. La chambre d'expansion 15 est reliée à un joint à bride boulonnée 16 à une enveloppe tubulaire à air prin- cipale 17 qui est à son tour reliée, à son extrémité de sortie, à un ensem- ble d'entrée d'une tuyère de la turbine 12, A l'intérieur de l'enveloppe à air 17 est disposé un tube brûleur 18 de forme généralement tubulaire. Le tu- be brûleur 18 est espacé-de la paroi de l'enveloppe à air 17 pour former un conduit annulaire 19 qui s'étend dans la chambre d'expansion 15 et fournit un passage pour le courant d'air de mélange, vers le tube brûleur.
Dans la chambre d'expansion 15 est monté un conduit d'entrée divergent 20 dont la plus petite extrémité 20A est dirigée vers l'extrémité d'entrée de la chambre d'expansion 15, ce conduit d'entrée 20 divisant l'air entrant dans l'enve- . loppe à air 17 et provenant de l'ensemble compresseur, en un courant d'air de mélange qui passe dans le conduit annulaire 19, situé entre le tube brû- leur 18 et l'enveloppe à air 17, et en un courant d'air primaire qui passe, par le conduit d'entrée divergent 20, à l'intérieur du tube brûleur 18 par son extrémité d'entréeo Le conduit d'entrée divergent 20 est également formé à son extrémité aval 20B avec un rebord à emboîtement 21 servant à supporter le tube brûleur 18 par son rayon extérieur,
de telle fagon que le conduit d'entrée 20 soit effectivement un prolongement du tube brûleur 18 dans la chambre d'expansion 15.
Le dispositif d'injection de combustible, indiqué d'une façon gé- nérale en 22, est supporté dans le conduit d'entrée divergent 20 afin d'in- troduire le combustible en un jet atomisé, à l'intérieur du tube brûleur 15, dans un sens allant de fagon générale dans le sens du courant d'air.
Le dispositif d'injection 22 comprend une partie principale 23 supportée par un certain nombre de pieds 24 coulés d'une pièce avec le con- duit d'entrée divergent, un ou plusieurs de ces pieds étant forés en 25 de la manière connue afin d'assurer la fourniture de combustible sous pression à partir d'une source extérieure à travers le conduit foré 25. Le dispositif d'injection de combustible 22 comprend en outre une partie formant chambre de turbulence 26 et une plaque d'orifice 27 présentant un orifice 27A. La partie 26 formant chambre de turbulence et la plaque d'orifice ,27 sont re; liées ensemble, axialement, en un ensemble,.par un premier élément formant écrou 28, tandis que l'ensemble est fixé axialement à la partie de corps par un second élément formant écrou 29.
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Selon la caractéristique principale de la présente invention, la plaque d'orifice 27 et le premier élément formant écrou 28 sont réalisés avec ùne surface extérieure 30 sensiblement conique, coaxiale avec l'orifice, de telle façon que la partie de nez de l'injecteur à combustible 22 soit de for- me pointue. De plus, on a prévu une partie de couverture 29A entourant cette surface conique, afin de former un passage annulaire entre la surface 30 et cet élément de couverture 29A.
L'élément de couverture 29A est constitué par une partie du se- cond élément formant écrou 29 et présente une extension cylindrique 29B en- tourant la partie formant chambre de turbulence 26 et la plaque d'orifice 27. On voit que l'extension cylindrique 29B et la partie conique de couver- ture 29A sont de plus grand diamètre que la surface voisine de l'ensemble comprenant la chambre de turbulence 26 et la plaque d'orifice 27, de façon à former un passage annulaire 31 pour un courant d'air de refroidissement, passage qui converge à son extrémité de sortie 31A.
L'air de refroidissement entre dans le passage annulaire 31 à partir de l'espace existant dans le conduit d'entrée divergent 20, à travers un certain nombre de trous 32, distribués circonférentiellement dans l'extension cylindrique 29B de l'é- lément formant écrou de serrage, et sort de la partie convergente 31A'du passagepour s'écouler le long de la partie non couverte de la surface coni- que 30 de la plaque d'orifice, vers l'orifice d'atomisation.
L'écrou de serrage 29 est entouré par une partie 33 du tube brû- leur 15, partie qui présente une partie cylindrique 33A et une partie con- vergente 33B, d'une forme correspondant à celle de la surface externe de l'écrou, pour créer de ce fait un passage annulaire 34, autour de l'ensemble injecteur de combustible, passage par lequel passe l'air de refroidissement, provenant-de l'intérieur du conduit d'entrée divergent 20, vers l'intérieur du tube brûleur 15, la direction du courant d'air,à la sortie, à partir de ce passage, étant sensiblement parallèle à la surface conique 30 de la pla- que d'orifice 27.
L'agencement pourvoit à ce que la partie non couverte de la sur- face conique 30, formée par les surfaces de la plaque d'orifice 27 et du premier élément formant écrou 28, soit balayée par le courant d'air de re- froidissement qui ne peut s'écarter de la surface 30, tandis que la surface extérieure de l'élément formant écrou de serrage 29 est refroidie par le cou- rant passant par le passage annulaire 34. Il est à noter que l'angle au som- met de la partie de surface conique 30, sur'la plaque 27, est moindre que celui de la partie de la surface 30, sur l'élément formant écrou 28, cet a- gencement aidant au maintien du courant sur la partie non couverte de la sur- face 30.
Dans la forme modifiée, représentée à la figure 3, un orifice 35 est formé dans une partie séparée 36, logée dans un évidement pratiqué dans la plaque d'orifice 37,'un écrou de serrage 38 étant prévu pour maintenir axialement la partie d'orifice 36, la plaque d'orifice 37 et une partie for- mant chambre de turbulence 39, contre une partie de corps 40 Un élément séparé de couverture 41, en forme de manchon, est vissé sur la partie de corps principale 40 pour former un passage annulaire 42 dans lequel de l'air de refroidissement est introduit par des trous 43, le manchon ayant une par- tie tronconique 41A qui recouvre la surface extérieure conique 44 de l'en- semble comprenant la plaque d'orifice 37, la partie d'orifice 36 et l'écrou 38.
Dans l'autre forme modifiée, représentée à la figure 4, le dis- positif d'injection de combustible comprend une partie de corps 45 présen- tant un conduit d'entrée du combustible 46. La partie de corps 45 renferme un élément formant filtre 47, placé sous l'action d'un ressort 48, et s'appuyant sur un bouchon de turbulence 49.
Un orifice 50 est pratiqué dans une partie d'orifice 51 dont la surface extérieure 51A est sensiblement conique. La partie d'orifice 51 est serrée sur la partie de corps par un élément formant écrou 52 présentant une partie cylindrique 53 et une partie formant écrou 54 ayant une surface conique 54A.
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Un élément de couverture 55 est vissé sur l'élément formant écrou 52, en 55A, et présente une partie conique 55B, pour constituer de ce fait un passage annulaire pour l'écoulement de l'air de refroidissement qui entre par les passages 56.'De cette fagon, l'air de refroidissement s'écoule sur les surfaces coniques 54A et 51A
Les agencements selon l'invention se sont montrés efficaces pour empêcher la formation de carbone sur la partie de nez de l'ensemble du dis- positif d'injection de combustible.
L'invention peut être appliquée aux dispositifs d'injection de combustible de l'espèce comprenant des orifices d'atomisation concentriques, par exemple, à des agencements dans lesquels un premier jet (jet secondaire) jaillit par l'orifice ,d'atomisation utilisé pour l'alimentation principale en combustible.
REVENDICATIONS.
1. Dispositif d'injection de combustible pour moteur à turbine à gaz comprenant, au voisinage de l'une de ses extrémités, une structure de forme extérieure sensiblement conique présentant, au sommet de l'ensemble de forme conique un orifice d'atomisation du combustible, et un élément de couverture, agencé pour entourer l'ensemble conique, sur une partie au moins de son étendue axiale, et pour former avec ledit ensemble conique un pas- sage annulaire adapté pour conduire l'air de refroidissement sur ledit en- semble conique, dans un sens allant vers l'orifice.