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PERFECTIONNEMENTS AUX CHAMBRES DE COMBUSTION POUR TURBINE A GAZ-
L'invention se réfère à une chambre de combustion alimentée en combustible.liquide et particulièrement destinée à un moteur du type tur- bine à gaz, dans laquelle plusieurs tubes en J envoient un mélange de com- bustible et d'air primaire à 1'intérieur d'une chambre d'inflammation dans laquelle sont places les tubes et à laquelle arriva de l'air secondaire, de manière à compléter Ia combustion dans la chambre d'inflammation et à pré- chauffer le? tubes- pour favoriser- la vaporisation du combustible dans l'air primaire.
En pratique, on a trouvé que des points chauds peuvent se produire dans ces tubes en raison du fait qu'il ne se produit pas toujours un balaya- ge complet de l'ensemble des parois intérieures par le mélange de combusti- ble et d'air primaire. Il en- est particulièrement ainsi le long-des parois intérieures- des- courbes semi-circulaires des. tubes- en raison, sans doute des- farces centrifuges- qui agissent sur le mélange dans ces coudes et qui tendent à produire un balayage très parfait des- parois extérieures mais à laisser les parois intérieures insuffisamment balayées Cet incovénent peut avoir pour ésultétduitrga de des butees et mir la vaporisation correcte du combustible en raison du transfert défectueux de chaleur des pa- rois aux particules de combustible dans. de telles zones.
L'invention a pour objet principal d'éviter la formation de ces points chauds,, d'où résulte une amélioration de la vaporisation dans les tu- bes et un accroissement de la durée- de ceux-ci.
Dans ce but, l'invention consiste de la manière la plus générale dans des moyens destinés à donner lieu à une turbulence locale du courant gazeux dans les points du tube dans lesquels un point chaud risque de se pro- duire. Cette turbulence amène en contact plus intime les particules de- com- bustible contenues dana le mélange et la paroi interne du tube De cette fa= gong on obtient une meilleure transmission de chaleur ,par- l'action- de- balaya... ge des particules de. combustible.
Les moyens utilisés peuvent être des saillies pleines ou creuses des parois des tubes, transversales au trajet du courant gazeux. Dans leur
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forme la plus simple ces saillies peuvent avoir une forme cylindrique mais elles peuvent aussi avoir d'autres formes de manière à donner, si on le dé- sire, une turbulence locale plus ou moins grande. Ces saillies peuvent être disposées à angle droit par rapport au courant gazeux ou d'autre manière et, si les saillies sont creuses, elles peuvent être disposées de façon qu'une partie du mélange en combustion dans la chambre d'inflammation puisse les parcourir intérieurement et ainsi améliorer la vaporisation.
Suivant une autre caractéristique de l'invention, les coudes des tubes, au lieu d'être sensiblement semi-circulaires;, sont formés chacun de deux coudes rectangulaires réunis par une partie rectiligne. Grâce à cet- te disposition, on engendre dans le mélange., à l'endroit des doudes une turbulence suffisante-- pour obtenir un balayage complet de la totalité de la paroi dans les coudes,,
Avec un tube en forme de J ayant un coude courbe, la distance mi- nimum de l'extrémité de sortie par rapport à la partie principale du tube est limitée par le rayon minimum que l'on peut donner au coude.
Mais si le tube en J comporte deux coudes sensiblement rectangulaires, comme on l'a dit plus haut,la partie rectiligne qui les réunit peut,, en générale avoir une longueur réduite de fagon à permettre à :t'extrémité de sortie du tube d'être plus rap- prochée que dans le cas d'un tube ayant un coude demi=circulaire-,lorsqu?on le désire.
Sur les dessins annexés :
La figure 1 est une coupe partielle d'un mode de réalisation d'pne chambre de combustion pour combustible liquide suivant l'invention., la sec- tion étant prise principalement par la ligne 1-1 de la figure 2
La figure 2 est une élévation axiale de la chambre prise princi- palement par la ligne 2-2 de la figure 1
La-figure 3 est une élévation, à plus grande échelle, d'un des tubes en J des figures 1 et 20
La figure 4 est une variante d'un tube en J.
La figure 5 est une coupe partielle du tube des figures 1 et 2 et la figure 6 est une coupe correspondante prise à angle droite par rapport à'la figure 50
Les figures 7 9 et 11 sont des coupes partielles, correspondant à la figure 5, de variantes.
Les figures 8, 10 et 12 sont des coupes partielles à angle droit par rapport aux trois figures précédentes.
, La chambre de combustion représentée comprend une paroi extérieu- re 20 le long de laquelle passe de gauche à droite (figure 1) de l'air refou- lé par le- compresseur d'une- turbine à gaz (non représentée). La chambre d'in- flammation 21 est constituée par trois tubes 22,23, 24 décalés axialement, le- tube du milieu, 23,étant disposé de façon que ses extrémités recouvrent axialement les extrémités adjacentes des deux tubes 22 et 24,en laissant un léger jetx radial (voir- figure 1) La chambre 21 est espacée radiale-- ment de 1''enveloppe extérieure 20 par exemple au moyen: d'ailettes 25, 26,. de- façon à: donner lieu à un passage annulaire 27 le- long duquel circule l'air de dilution.
Ce dernier sert a refroidir extérieurement la chambre 21 et se mélange aux produits de la combustion sortant de cette chambre pour abaisser leur températuer à une valeur convenable. Une- partie de cet air pénètre dans les ouvertures annulaires- 28-28, de- manière- à refroidir intérieurement les tubes 23, 24
Dans l'exemple représenté, il existe quatre tubes 30 en J, dont les parties principales sont supportées à leurs extrémités d'entrée 31 dans une plaque- 32 fermant l'extrémité du côté admission de la chambra d'inflam- mation 21 Une partie de l'air qui passe à l'intérieur de l'enveloppe 20 pénètre dans- les extrémités 31 de ces tubes et sert d'air primaire.
On vou en 33 un dispositif d'arrivée de combustible permettant d'injecter du com-
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bustible liquide dans les extrémités 31 des tubes où il se mélange avec 1'air primaire qui y arrive. Le mélange d'air primaire et de combustible sort des extrémités 34 des tube? sous forme de mélange combustible et une quantité suffisante d'air secondaire pour assurer la combustion sensiblement totale dans la chambre 21 est amenée à cette chambre à travers des fentes 35 prati- quées dans des ajutages tubulaires 36 montés dans la plaque 32 Les ajuta- ges 36 sont, comme on le voit, décalés angulairement par rapport aux extré- mités de sortie 34 des tubes.
Le mélange en combustion dans la chambre d'in- flammation sert à chauffer extérieurement les tubes et, par suite, à vapori- ser le combustible qui arrive dans ces chambres avec l'air primaire, d'où résulte une combustion très satisfaisante,
Dans les figures 1, 2 et 3 le coude de chaque tube 30 en forme de J, au lieu d'être sensiblement semi-circulaire, est formé de deux coudes rectangulaires 37 38 réunis par-une partie rectiligne 39 Grâce à ces cou- des rectangulaires, le mélange de combustible et d'air primaire reçoit une turbulence suffisante à l'endroit de ces couder pour assurer un balayage par- fait de la totalité de la surface de la paroi interne du coude.
En outre, on voit sur les dessins des éléments 41 disposés à l'in- térieur des tubes, et fixés aux parois des parties principales de ces tubes.
Ces éléments servent à produire une turbulence qui améliore le balayage des parois internes de ces parties principales des tubes ce qui a pour effet à la fois de refroidir ces- parties des tubes et d'améliorer la vaporisation du combustible dans le mélange de- combustible et d'air primaireo
Comme on le voit surtout sur les figures 5 et 6, ces éléments 41 peuvent être cylindriques. Mais on voit sur les figures 7 à 12 qu'ils peu- vent avoir d'autres formes.. Les figures- 7 et 8 montrent un élément 41a de section triangulaire. Les figures 9 et 10 montrent un élément incliné 47b de section elliptique dont les extrémités sont ouvertes, de sorte que le mé- lange en combustion peut traverser ces éléments.
Les figures 11 et 12 mon- trent un élément ayant la forme d'une plaque- inclinée 41c
Ainsi qu'on l'a dit, la figure 4 montre une forme différente, connue en elle-même, du tube en J 30a 'Dans cette réalisation, les éléments 41, 41a, 41b, ±le, décrits ci-dessus, sont appliqués non seulement dans les parties principales des tubes mais également dans les coudes de ces tubes de manière à produire la turbulence en tous points du tube où le point chaud risque de se produire,, Ainsi lea particules du combustible dans le mélange sont amenées en contact beaucoup plus- intime avec la paroi interne du tube.
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IMPROVEMENTS TO COMBUSTION CHAMBERS FOR GAS TURBINE
The invention relates to a combustion chamber supplied with liquid fuel and particularly intended for an engine of the gas turbine type, in which several J-tubes send a mixture of fuel and primary air to the engine. interior of an ignition chamber in which the tubes are placed and to which secondary air arrives, so as to complete the combustion in the ignition chamber and to preheat the? tubes- to promote- vaporization of the fuel in the primary air.
In practice, it has been found that hot spots can occur in these tubes due to the fact that a complete sweeping of all interior walls by the mixture of fuel and gas does not always occur. primary air. It is particularly so along the interior walls of the semi-circular curves of the. tubes- due, no doubt, to- centrifugal fillers- which act on the mixture in these elbows and which tend to produce a very perfect sweeping of the outer walls but to leave the inner walls insufficiently swept. This inconvenience may result in abutments and for proper vaporization of the fuel due to the faulty transfer of heat from the walls to the fuel particles in it. such areas.
The main object of the invention is to prevent the formation of these hot spots, which results in an improvement in the vaporization in the tubes and an increase in the duration thereof.
For this purpose, the invention consists in the most general manner in means intended to give rise to a local turbulence of the gas stream in the points of the tube in which a hot spot is liable to occur. This turbulence brings into more intimate contact the fuel particles contained in the mixture and the internal wall of the tube. In this way, better heat transmission is obtained, by the sweeping action ... ge particles of. combustible.
The means used can be solid or hollow projections on the walls of the tubes, transverse to the path of the gas stream. In their
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in its simplest form, these projections can have a cylindrical shape, but they can also have other shapes so as to give, if desired, a more or less great local turbulence. These protrusions may be arranged at right angles to the gas stream or otherwise and, if the protrusions are hollow, they may be so arranged that some of the burning mixture in the ignition chamber can flow through them internally. and thus improve vaporization.
According to another characteristic of the invention, the elbows of the tubes, instead of being substantially semi-circular ;, are each formed of two rectangular elbows joined by a rectilinear part. By virtue of this arrangement, sufficient turbulence is generated in the mixture., At the point of the doudes - to obtain a complete sweep of the entire wall in the elbows,
With a J-shaped tube having a curved bend, the minimum distance of the outlet end from the main part of the tube is limited by the minimum radius that can be given to the bend.
But if the J-tube has two substantially rectangular elbows, as stated above, the rectilinear part which joins them can, in general, have a reduced length so as to allow: the outlet end of the tube d 'be closer than in the case of a tube having a semi = circular bend, when desired.
In the accompanying drawings:
Figure 1 is a partial sectional view of one embodiment of a combustion chamber for liquid fuel according to the invention, the section being taken mainly by line 1-1 of Figure 2.
Figure 2 is an axial elevation of the chamber taken mainly along line 2-2 of Figure 1
Figure 3 is an elevation, on a larger scale, of one of the J-tubes of Figures 1 and 20
Figure 4 is a variation of a J-tube.
Figure 5 is a partial section through the tube of Figures 1 and 2 and Figure 6 is a corresponding section taken at right angles to Figure 50
Figures 79 and 11 are partial sections, corresponding to Figure 5, of variants.
Figures 8, 10 and 12 are partial sections at right angles to the three previous figures.
The illustrated combustion chamber comprises an exterior wall 20 along which passes from left to right (Figure 1) air discharged from the compressor of a gas turbine (not shown). The ignition chamber 21 consists of three axially offset tubes 22, 23, 24, the middle tube, 23, being arranged so that its ends axially overlap the adjacent ends of the two tubes 22 and 24, leaving a slight radial jetx (see FIG. 1) The chamber 21 is spaced radially from the outer casing 20 for example by means of: fins 25, 26 ,. so as to: give rise to an annular passage 27 along which the dilution air circulates.
The latter serves to externally cool the chamber 21 and mixes with the combustion products leaving this chamber to lower their temperature to a suitable value. Part of this air enters the annular openings- 28-28, so as- internally to cool the tubes 23, 24
In the example shown, there are four J-tubes 30, the main parts of which are supported at their inlet ends 31 in a plate 32 closing off the end of the inlet side of the ignition chamber 21. air which passes inside the casing 20 enters the ends 31 of these tubes and serves as primary air.
In 33, we see a fuel inlet device making it possible to inject com-
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liquid bustible in the ends 31 of the tubes where it mixes with the primary air arriving there. The mixture of primary air and fuel exits the ends 34 of the tubes? as a combustible mixture and a sufficient quantity of secondary air to ensure substantially complete combustion in chamber 21 is supplied to this chamber through slits 35 made in tubular nozzles 36 mounted in plate 32. 36 are, as can be seen, angularly offset with respect to the outlet ends 34 of the tubes.
The mixture in combustion in the ignition chamber serves to heat the tubes externally and, consequently, to vaporize the fuel which arrives in these chambers with the primary air, from which results a very satisfactory combustion,
In Figures 1, 2 and 3 the elbow of each tube 30 in the form of J, instead of being substantially semi-circular, is formed of two rectangular elbows 37 38 joined by a rectilinear part 39 Thanks to these elbows rectangular, the mixture of fuel and primary air receives sufficient turbulence at the location of these bends to ensure perfect sweeping of the entire surface of the internal wall of the bend.
In addition, the drawings show elements 41 arranged inside the tubes and fixed to the walls of the main parts of these tubes.
These elements serve to produce a turbulence which improves the sweeping of the internal walls of these main parts of the tubes which has the effect of both cooling these parts of the tubes and improving the vaporization of the fuel in the fuel mixture and primary air
As seen especially in Figures 5 and 6, these elements 41 can be cylindrical. But we see in Figures 7 to 12 that they can have other shapes. Figures 7 and 8 show an element 41a of triangular section. Figures 9 and 10 show an inclined element 47b of elliptical cross section, the ends of which are open, so that the burning mixture can pass through these elements.
Figures 11 and 12 show an element in the form of an inclined plate 41c
As has been said, FIG. 4 shows a different form, known in itself, of the J-tube 30a 'In this embodiment, the elements 41, 41a, 41b, ± le, described above, are applied not only in the main parts of the tubes but also in the bends of these tubes so as to produce turbulence at all points of the tube where the hot spot is likely to occur, Thus the particles of the fuel in the mixture are brought into contact much more- intimate with the inner wall of the tube.