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SYSTEME POUR ALIMENTER DE COMBUSTIBLE:LA'TUYERE DE PROPULSION A EJECTION DE FLUIDE GAZEUX D UN AVION PROPULSE PAR TURBINE A GAZ.
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L?invention concerne on pro'sédé pour alimenter en combustible un systëse de '7 érur'eM' de l'éihnppenen d"wie turbine à gaz. ou un système de "3.échsaffage<? entra étages pour la turbine.
Pour que le "rêr0ha'.)iOfage\1 de 19ér'happemant soit avantageuse on est obligé de brûle? une qu-mtite relativement importante de c'ombustible; ce qui implique normalement la pression cr "un.\? pompe à combustible spéciale ayant les dimensions adéquates p':m.1" f"é:ux-niJr' le 0J:J1bus",:,ible nécessaire Cette pompe représente cependant un poids s'applementaire et;; dans certains cas, elle est munie d--au embrayage de la mettre en service en cas de besoin, em - brayage qui implique également rm poids supplénentaireo La commande .de la pom- pe paT- un moteur' élestriqus offre ::.;;,t"ll!lS 65 par rapport à une pompe r -o;mn zdée par un embraY'3g6. toutefois, da.'151 ce aas en doit compter avec le poids du moteur électrique;,, lequel devra fournir probablement une puissance minimum de 12 à 15 CV.
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15>inventioJ.:. 'Irise -principalement à établir un système d'alimentation perfectionné pour le "!l'éc.h uff S.g6 Ut Dans le procédé suivant fiention on fait passer un fluide ga- zeux sous hante pression (par exemple de l'air fourni par un compresseur ou
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de préférence une partie des produits de ec#bustion dilués avant qu'ils nat- teignent la turbine du groupe propulseur) dans un conduit d'alimentation auquel est associé un ajutage qui est orienté partiellement ou entièrement vers l'a-
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val du courant gazeux :tJ(a7ersant le groupe- et qui est relié à une source de combustible, le conduit d931imentation préS5Yitant, au voisinage du débouché de son ajutage;, une forme =elle que- le fluide gazeux agisse sur celui-ci avec un effet d'aspir2:
ùijn ou d'éjection.
Pour assurer le meilleur rendement, la pression du fluide gazeux doit être suffisamment élevée pour fournir un rapport de pressions non inférieur
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â. 2sl de part et diantre d."un étranglement prévu dans le conduit d'alimentation
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immédiatement en amont du débouché de l'ajutage à combustible (c'est-à-dire que le rapport entre la pression s'exerçant en amont de l'étranglement et celle agissant en aval de ce dernier ne doit pas être inférieur à 2:1), de ma- nière à obtenir des vitesses soniques dans l'étranglement.
Dans ce cas, un passage divergent approprié allant de l'étranglement jusqu'au débouché de l'a- jutage produira des vitesses superconiquesdans le fluide gazeux à la sortie de cet ajutagee
Au besoin, on peut prévoir en outre une pompe d'appoint à faible puissance, destinée à assurer une pression de combustible.positive dans l'aju- tage.
Dans les dessins annexés :
Fig. 1 est une élévation schématique, fragmentaire et en coupe d'une moitié d'un groupe moteur à turbine à gaz comportant un dispositif conforme à l'invention, pour fournir du carburant en vue de "réchauffer" les gaz d'échap- pement de la turbine.
Fig. 2 est une élévation en coupe de l'étranglement et de l'ajuta- ge, à beaucoup plus grande échelle.
Figs. 3 et 4 sont des élévations en.coupe, sensiblement à la même échelle que la Fig. 1, d'une variante du système destine à vaporiser le carbu- rant de réchauffage et à le débiter dans le tubé d''éjection.
La construction des Figs. 1 et 2 comporte un arbre 12 entraîné par un rotor de turbine 13 et entraînant le rotor 14 d'un. compresseur axial. Ce dernier débite dans une chambre de combustion 15 dans laquelle le combustible, amené par un tuyau 16, peut être;brûlé à une pression sensiblement constante.
Les gaz sortant de la chambre de combustion traversent, :La turbine et se diri- gent ensuite à travers'un passage-diffuseur annulaire 17, vers lé tube d'éjec- tion 18, qui se termine par une tuyère d'éjection 19 comme le montrent les.
Figs. 3 et 4. @ .
Suivant la présente invention, l'extrémité d'entrée d'un conduit d'alimentation 21 est reliée à une partie convenable de la chambre de combus- tion 15 qui, comme indiqué plus haut, fonctionné à pression sensiblement cons- tante, c'est-à-dire, pour n'importe'quelle ouverture de l'accélérateur. Dans le présent cas l'extrémité d'entrée du conduit d'alimentation 21 est reliée à l'extrémité de sortie de la chambre de combustion.22 représente la soupape de commande principale du conduit d'alimentation 21, laquelle sera ouverte pour permettre le "réchauffage" des gaz d'échappement. On remarquera que le tuyau d'alimentation est calorifugé sur toute sa longueur, comme indiqué en 23.
En un point approprié de la longueur du conduit d'alimentation, est prévue une partie de section réduite comportant un étranglement 25 - voir Fig. 2. Les pertes de pression qui se produisent le long du conduit d'alimen-. tation réduisent la pression de la partie des produite'de combustion, qui a été dérivée par ce conduit; cependant la pression en amont de l'étranglement sera encore assez élevée par rapport à la pression en: aval de cet étranglement pour fournir un rapport de pressions supérieur à 2 :1, de sorte que la vitesse d'écoulement dans l'étranglement sera sonique. Passé l'étranglement, le pas- sage devient divergent, comme montré en 26, et l'on atteint ici des vitesses supersoniques.
L'ajutage destiné à fournir le carburant de "réchauffage" comporte, comme le montrent les dessins, un passage annulaire 28 en communication avec une chambre annulaire 29 alimentée de carburant par un tuyau d'alimentation 30, muni, comme on le voit, d'une vanne de commande 31. On voit en outre que le passage 28 de l'ajutage débouche immédiatement en aval du débouché du diver- gent 26. En aval de cet endroit, le conduit d'alimentation présente une cham- bre de mélange cylindrique 32 conduisant à une partie divergente 33 formant diffuseur, laquelle ralentit la vitesse du courant et augmente sa pression jus- qu'à une valeur supérieure à celle de la pression statique dans le tube d'éjec- tion.
L'extrémité de sortie du conduit d'alimentation est reliée à un collec- teur annulaire 34 qui communique avec un certain nombre d'orifices d'admission 35 prévus dans la paroi du tube d'éjection. 36 désigne un dispositif pour
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l'allumage du combustible de "réchauffage", par exemple le dispositif décrit dans la demande de brevet anglais No. 30699/49, le combustible d'allumage des- tiné à ce dispositif étant fourni sous la forme d'un filet soutiré au barostat du groupe moteur par le tuyau 37 (Fig 3 ou 4).
Comme indiqué plus haut, le débouché de l'ajutage communique avec l'extrémité d'aval du divergent 26, où la pression diminue et où la vitesse augmente jusqu'à une valeur supersonique, de sorte que le débouché de l'ajuta- ge est soumis à l'action des produits de combustion dérivés qui s'écoulent à des vitesses supersoniques.
Ces produits de combustion. exercent sur l'ajutage un effet d'éjection et agissent d'une manière satisfaisante pour aspirer le combustible par la canalisation 30 (lorsque la vanne 31 est ouverte), en vue de son mélange avec les produits de combustion et de son utilisation comme com- bustible de "réchauffage"., Les produits de combustion traversant l'étranglement
25 entraînent un poids de combustible notablement supérieur à leur poids pro- pre, et qui peut s'élever dans des conditions favorables à cinq fois le poids de ces produits, ou davantage.
Le mélange du combustible avec la partie dérivée des produits de combustion favorise la vaporisation du combustible .ainsi introduit et, si né- cessaire, on peut prévoir des moyens supplémentaires pour favoriser davantage la vaporisation du combustible. Ainsi, dans la variante de la Figo 3, la par- ' tie du conduit d'alimentation 21, située au-delà de l'étranglement et d.e l'a- jutage, est enroulée autour du tube d'éjection comme indiqué en 39, la sortie 40 du serpentin ainsi formé venant aboutir au collecteur annulaire 34 mention- né à propos de la Fig. 1.
En variante, comme le montre la Fig. 4, le conduit d'alimentation
21 peut pénétrer dans le tube d'éjection 18 et y former un serpentin 42, le combustible pour le "réchauffage" étant débité par des fentes convenables et uniformément réparties, prévues dans l'extrémité d'aval de ce serpentin.
Il peut être préférable de faire en sorte que 1''ouverture de la vanne à combustible 31 et celle de la soupape de commande principale 22 s'ef- fectuent en synchronisme en vue du "réchauffage", et inversement. La soupape de commande 22 peut avoir des dimensions relativement importantes de sorte que l'étranglement 25 détermine la quantité de fluide gazeux effectivement dérivée de la chambre de-combustion; il va de soi que l'importance de la vaporisation du combustible de "réchauffage" dépendra de la température et de la quantité du fluide gazeux traversant l'étranglement, ce qui est à son tour fonction de la pression dans le conduit d'alimentation 21 en amont de cet étranglement.
Il convient de noter que, dans le cas de vitesses subsoniques dans l'étranglement 25, ce dernier aura la forme d'un ajutage ordinaire, c'est-à-. dire ne comportant pas le venturi à partie divergente 26 montré sur la Figo 2.
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SYSTEM FOR SUPPLYING FUEL: THE GAS FLUID EJECTING PROPULSION TUBE OF A GAS TURBINE PROPULATED AIRCRAFT.
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The invention relates to a method of supplying fuel to a gas turbine exhaust system '7 erur'eM. entered stages for the turbine.
In order for the exhaustion to be advantageous, a relatively large amount of the fuel must be burnt, which normally involves the pressure created. special fuel pump with suitable dimensions p ': m.1 "f" é: ux-niJr' le 0J: J1bus ",:, ible required This pump however represents an approximate weight and ;; in some cases it is fitted with the clutch to put it into service if necessary, clutch which also involves rm additional weight o The .pump control - a motor 'elestriqus offers ::. ;;, t "ll ! lS 65 compared to a pump r -o; mn zdée by an embraY'3g6. however, da.'151 this aas must take into account the weight of the electric motor; ,, which must probably provide a minimum power of 12 to 15 HP.
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15> inventioJ.:. 'Irise - mainly to establish an improved supply system for the "! Ec.h uff S.g6 Ut In the following process a gaseous fluid is passed under high pressure (for example air supplied). by a compressor or
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preferably a part of the diluted ecbustion products before they enter the turbine of the propellant) in a supply duct with which is associated a nozzle which is oriented partially or entirely towards the a-
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val of the gaseous current: tJ (a7ersant the group- and which is connected to a fuel source, the preS5Yitant supply duct, in the vicinity of the outlet of its nozzle ;, a form = it that- the gaseous fluid acts on it with an aspir2 effect:
ùijn or ejection.
To ensure the best efficiency, the pressure of the gaseous fluid must be high enough to provide a pressure ratio not lower
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at. 2sl on both sides d. "A constriction provided in the supply duct
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immediately upstream of the outlet of the fuel nozzle (i.e. the ratio between the pressure exerted upstream of the throttle and that acting downstream of the latter must not be less than 2: 1), so as to obtain sonic velocities in the constriction.
In this case, a suitable divergent passage from the constriction to the outlet of the nozzle will produce superconic velocities in the gaseous fluid at the outlet of this nozzle.
If necessary, a low-power booster pump can also be provided, intended to ensure a positive fuel pressure in the fitting.
In the accompanying drawings:
Fig. 1 is a schematic, fragmentary, sectional elevation of one half of a gas turbine engine unit comprising a device according to the invention for supplying fuel for "heating" the exhaust gases from the gas turbine. the turbine.
Fig. 2 is a sectional elevation of the throttle and nozzle, on a much larger scale.
Figs. 3 and 4 are sectional elevations, substantially to the same scale as in FIG. 1, of a variant of the system intended to vaporize the reheating fuel and to deliver it into the ejection tube.
The construction of Figs. 1 and 2 comprises a shaft 12 driven by a turbine rotor 13 and driving the rotor 14 of a. axial compressor. The latter flows into a combustion chamber 15 in which the fuel, supplied by a pipe 16, can be burnt at a substantially constant pressure.
The gases leaving the combustion chamber pass through the turbine and then flow through an annular diffuser passage 17, towards the ejection tube 18, which ends in an ejection nozzle 19 as show them.
Figs. 3 and 4. @.
In accordance with the present invention, the inlet end of a supply duct 21 is connected to a suitable part of the combustion chamber 15 which, as indicated above, operated at substantially constant pressure, ie. that is, for any opening of the throttle. In this case the inlet end of the supply duct 21 is connected to the outlet end of the combustion chamber. 22 represents the main control valve of the supply duct 21, which will be opened to allow the "heating" of the exhaust gases. It will be noted that the supply pipe is heat insulated over its entire length, as indicated at 23.
At an appropriate point along the length of the supply duct, there is provided a portion of reduced cross section comprising a constriction 25 - see Fig. 2. The pressure losses that occur along the supply line. tation reduce the pressure of the part of the combustion products, which has been diverted through this duct; however the pressure upstream of the constriction will still be high enough compared to the pressure downstream of this constriction to provide a pressure ratio greater than 2: 1, so that the flow velocity in the constriction will be sonic . After the throttle, the passage becomes divergent, as shown in 26, and supersonic speeds are reached here.
The nozzle for supplying the "reheat" fuel comprises, as shown in the drawings, an annular passage 28 in communication with an annular chamber 29 supplied with fuel by a supply pipe 30, provided, as can be seen, with 'a control valve 31. It can also be seen that the passage 28 of the nozzle opens immediately downstream of the outlet of the diverging 26. Downstream of this point, the supply duct has a cylindrical mixing chamber 32 leading to a divergent diffuser portion 33 which slows down the speed of the stream and increases its pressure to a value greater than that of the static pressure in the ejection tube.
The outlet end of the supply duct is connected to an annular manifold 34 which communicates with a number of inlet ports 35 provided in the wall of the ejection tube. 36 designates a device for
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ignition of the "reheating" fuel, for example the device described in British patent application No. 30699/49, the ignition fuel intended for this device being supplied in the form of a trickle drawn off at the barostat motor unit through pipe 37 (Fig 3 or 4).
As indicated above, the outlet of the nozzle communicates with the downstream end of the divergent 26, where the pressure decreases and the speed increases to a supersonic value, so that the outlet of the nozzle is subjected to the action of by-products of combustion which flow at supersonic speeds.
These combustion products. exert an ejection effect on the nozzle and act satisfactorily to suck the fuel through line 30 (when valve 31 is open), with a view to mixing it with the combustion products and using it as a fuel. - "reheating" bustible., Combustion products passing through the throttle
25 result in a weight of fuel significantly greater than their own weight, and which can under favorable conditions be five times the weight of these products, or more.
The mixing of the fuel with the part derived from the combustion products promotes vaporization of the fuel thus introduced and, if necessary, additional means can be provided to further promote vaporization of the fuel. Thus, in the variant of FIG. 3, the part of the supply duct 21, located beyond the constriction and the nozzle, is wound around the ejection tube as indicated at 39. , the outlet 40 of the coil thus formed leading to the annular manifold 34 mentioned in connection with FIG. 1.
Alternatively, as shown in FIG. 4, the supply duct
21 can enter the ejection tube 18 and form there a coil 42, the fuel for the "reheating" being discharged through suitable and uniformly distributed slots provided in the downstream end of this coil.
It may be preferable to have the fuel valve 31 open and the main control valve 22 open in synchronism for "reheating," and vice versa. The control valve 22 may be of relatively large dimensions so that the throttle 25 determines the amount of gaseous fluid actually derived from the combustion chamber; it goes without saying that the extent of the vaporization of the "reheat" fuel will depend on the temperature and the quantity of the gaseous fluid passing through the constriction, which in turn is a function of the pressure in the supply line 21 upstream of this constriction.
It should be noted that in the case of subsonic velocities in the constriction 25, the latter will be in the form of an ordinary nozzle, ie. ie not including the divergent part venturi 26 shown in Figo 2.