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BRULEUR.
La présente invention est relative à des perfectionnements,chan- gements et additions à celle faisant l'objet du brevet principal et denses deux perfectionnements et se rapporte aux brûleurs pour combustibles liquides ou gazeux, en particulier aux détails de la disposition du fond qui forme la paroi terminale du cylindre constituant la-chambre de combustion proprement dite.
Dans les chambres de combustion à grande puissance, construites récemment pour la production efficace de gaz chauds produisant de la force motrice, comme dans le cas des centrales à turbines à gaz, Inexpérience a mon- tré que les parois en tôle métallique mince qui définissent la véritable cham- bre de combustion, sont les éléments qui nécessitent le plus fréquemment d'ê- tre examinés,réparés ou remplacés,
La première condition pour un tel appareil ests bien entendu, que la circulation de l'air de combustion vers la chambre de combustion soit exac- tement celle qui est nécessaire pour que la combustion se produise dans les bonnes conditions désiréeso Une fois que le cylindre qui constitue les parois latérales de la chambre de combustion,
et que le fond de cette chambre ont êté calculés pour obtenir les caractéristiques désirées de combustion, les cousin dérations les plus importantes visent la réalisation mécanique appropriée, permettant les dilatations thermiques relatives qui se produisent pendant le fonctionnement, pour éviter la création de tensions mécaniques locales inter- nes qui tendraient à créer des défauts dans le métal; il faut également as- surer un refroidissement efficace et uniforme pour éviter les points chauds et les tensions mécaniques résultantes;
il faut en outre créer une couche re- froidissante et isolante d'air pur sur la surface intérieure de la chambre et du fond de celle-ci, afin d'éviter le dépôt de particules de combustible carbonisé'. il est quelquefois très difficile de prévoir une construction qui
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tienne compte efficacement de toutes ces nécessites,-parfois contradictoi- res entre elles. Le but de la présente invention est de prévoir un fond perfectionné pour la chambre de combustion, qui s'est révélé avoir des ca- ractéristiques remarquables au point de vue de la durée de service utile, et de son fonctionnement parfait.
Le fond de la chambre, selon l'invention, peut servir en parti- culier dans la chambre de combustion revendiquée par la Société Demanderes- se dans le brevet principal et ses perfectionnements et plus particulière- ment dans le second perfectionnement au brevet principal.
L'invention sera d'ailleurs bien comprise en se reportant à la description qui suit et au dessin qui l'accompagne à titre d'exemple non limitatif et dans lequel - la figure 1 représente schématiquement une partie d'une instal- lation de turbine à gaz, montrant la disposition relative du fond de la cham- bre de combustion par rapport aux autres éléments - la figure 2 est une coupe, en détail, de ce fond.
- la figure 3 en est une vue par l'arrière.
- la figure 4 en est une vue frontale, suivant plan 4-4 de la fi- gure 2.
- la figure 5 est une coupe, en détail, d'une variante de forme du segment circulaire extérieur.
- la figure 6 est une vue prise dans la direction 6-6 de la fi-
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'gure 5 - Le fond de la chambre de combustion, conforme à l'invention, consiste, d'une manière générale.1 en un certain nombre de segments circulaires,, maintenus ensemble par des supports spéciaux, et disposés, les uns par rapport aux autres, de manière à ménager entre eux des orifices circulaires continus, pour diriger une couche isolante et refroidissante d'air de combustion, sur les surfaces internes des divers segments. Des moyens spéciaux de refroidis- sement sont prévus sur la partie circonférentielle du fond de la chambre, qui est ordinairement la plus sujette à s'échauffer à l'excès.
.En se reportant figure 1, on voit que ce fond est monté dans le système de combustion d'une installation de turbine à gaz, dans laquelle un compresseur 1, de tout type approprié, envoie de l'air à une pression conve- nable, par exemple 5,25 Kg/cm2, vers un brûleur 3, à travers une conduite 2, assurant la répartition de cet air. La chambre comporte une paroi ou envelop- pe, extérieure.4, convenablement espacée d'une paroi intérieure 5, qui défi- nit la chambre., de combustion proprement dite. Cette paroi intérieure peut être supportée par la paroi extérieure 4, par tous moyens appropriés, par exem- ple, au moyen de supports annulaires élastiques 6.
Le fond de la chambre de combustion est représenté dans son ensemble par la référence 7, et comprend un capot extérieur 8 qui entoure, à une certaine distance, le fond proprement dit 9 de la. chambre, constitué de plusieurs segments.
Pour introduire du liquide finement pulvérisé dans le fond de la chambre de combustion, on prévoit une tuyère 10, qui peut être de tout type approprié. Bien entendu, si l'on utilise des combustibles gazeux, on emploie- ra également les types connus appropriés de tuyères, Comme on le voit figure 1, cette tuyère est fixée au moyen d'un bossage 10 a, formant partie intégran- te de la paroi extérieure 4, et elle dirige un jet conique de combustible pul- vérisé vers l'extrémité de la chambre. Pour allumer le mélange d'air et de combustible, on fixe une bougie 4 a, ou tout dispositif équivalent, à la pa- roi extérieure 4; cette bougie traverse le capot 8 et le segment médian du fond 9 de la chambre de combustion,de manière que les électrodes ménagent entre elles un espace situé approximativement dans le jet conique de combus- tible.
Bien entendu, cette bougie peut être fixée autrement, et l'on peut, si on le désire, utiliser d'autres types d'appareils d'allumage.
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Un combustible approprié est amené à la tuyère par une conduite llo Si la tuyère 10 est du type à '?air pulvérisé", de l'air est fourni à la pression appropriée par une conduite 12, afin de pulvériser le combustible.
Les détails exacts de construction du compresseur, de la paroi interne de la chambre de combustion et des autres éléments de la figure 1 ne sont pas essentiels pour la compréhension de la présente invention. Toutefois, il est à remarquer qu'une caractéristique importante de la chambre de combus- tion décrite dans le 2d.
perfectionnement au Brevet principal réside dans le fait que lé fluide combustible est injecté à travers des rangées circulaires d'orifices 13, 14, avec une pression et une vitesse telles qu'il forme de pe- tits jets puissants qui se maintiennent tout le long de l'axe de 'la paroi 5, et des jets en sens diamétralement opposés, se rencontrant sur ledit axe et revenant en arrière vers le capot 8, cette circulation en sens inverse étant représentée par les flèches 15 de la circulation d'airo
Le fond 9 de la chambre de combustion, qui fait principalement l'objet de la présente invention, est représentée schématiquement figure 1; ses détails en sont montrés à l'échelle agrandie dans les figures 2 à 4.
La figure 2 représente une coupe longitudinale,faite par l'axe du capot et du fond de la chambrée
Le capot 8 a une forme générale hémisphérique; il est en tôle métallique relativement minqe., de l'ordre de 2,4 mms d'épaisseurestampée ou conformée de toute autre manière. A son extrémité arrière, à gauche sur la figure, le capot 8 comporte une ouverture centrale 8 a, qui coopère avec le fond de la chambre de combustion, pour former une arrivée cylindrique d'air, comme on le décrira en détail ci-après. A sa partie circulaire avant extérieure, le capot 8 peut être soudée ou fixé de toute autre manière, à la partie voisine de la paroi 5 a du cylindre intérieur 5 de la chambre.
Le fond 9 de la chambre de combustion, composée de divers segments, est supporté coaxialement avec le capot, au moyen de plusieurs goujons radiaux 16, distribués sur une circonférence, et qui peuvent être rivés, ou soudés, ou fixés de toute manière appropriée au bord du capot 80 Les goujons 16 pé- nètrent librement dans des trous ménagés à cet effet dans le segment extérieur - 9a du fond de la chambre.
Ce fond est composé de trois segments 9a, 9b, 9c, en forme de troncs de c8nes de révolutions d'angles au sommet différents. Leur ensemble définit une chambre primaire sensiblement hémisphérique, de mélange et de combustion,
Conformément à la présente invention, ces segments sont fixés les uns aux autres au moyen de plusieurs pinces, en forme d'U, réparties sur des circonférences, et représentées en 17 et 18, figure 2. La figure 3 en montre une vue en piano Du coté amont, c'est-à-dire du côté tourné vers la gauche de la figure 2, chaque pince est munie de plusieurs ouvertures 17 a, 18a, per- mettant l'arrivée d'air de refroidissement; on y reviendra en détail ci-après.
Le côté amont des pinces peut être soudé par points, ou fixés de toute autre manière, directement au segment voisin, le côté aval des pinces est fixé aux anneaux 19, 20 en utilisant une branche de l'U de ces pinces, qui est fixée aux bagues 19, 20, lesquelles entourent complètement les segments 9a et 9b, respectivement; ces bagues servent de déflecteurs pour diriger la circulation de l'air de refroidissement, comme on le décrira ci-après plus en détailo La partie centrale du segment terminal 9c comporte une ouverture centrale é- vasée 9d pouvant glisser librement sur l'extrémité cylindrique de la tuyère 10.
Comme le segment terminal extérieur 9 a correspond à la partie- du fond du brûleur qui se révélait auparavant comme soumise aux effets calo- rifiques les plus intenses aux points chauds, ayant une courte durée de fonctionnement à cause de la brûlure du métal, des moyens aérodynamiques par- ticuliers sont prévus pour protéger et refroidir ce segmente Ces moyens 'sont constitués par ur volet circulaire 21,soudé en 22 à l'arête arrière du segment extérieur 9a.
La partie avant (vers la droite de la figure) du vo- let 21 est munie de plusieurs encoches 23,réparties sur sa circonférence;
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leurs intervalles constituent des languettes 24 qui sont légèrement repliées vers l'extérieur, de manière à se trouver sensiblement parallèles à la paroi du segment 9a. Cette dernière paroi comporte des ouvertures 25, réparties sur sa circonférence, et coopérant respectivement avec les languettes 24 (fi- gure 4). On voit par exemple,sur cette figure. que trois ouvertures 25 coo- pèrent avec chaque languette 24.
Voici comment se fait la circulation de l'air à travers les divers éléments du capot et du fond de la chambre de combustion, et autour de ces éléments. Tout d'abord, il y a lieu de remarquer que la forme prise par le jet de liquide est celle d'un cône de révolution creux 26, ayant même axe que le fond de la chambre., comme représenté en trait mixte figure 20
Comme on peut le voir, la tuyère est choisie pour que l'angle au sommet du cône ne soit pas supérieur à 900, et que ce cône se trouve ainsi sensiblement espacé du volet circulaire 21.
Pendant le fonctionnement., cet angle au sommet du cône 26 varie quelque peu, par suite des variations, dues aux vitesses diverses de circula- tion de l'air, qui influent sur ce cône
En particulier, la circulation en sens inverse de 1-'air, comme indiqué par les flèches 15 des figures 1 et 2, a tendance à augmenter l'an- gle au sommet du cône? et à rapprocher ce cône du volet circulaire 21.
Na- turellement, cette tendance augmente, si l'intensité du courant d'air inver- se augmenteo D'autre part, les ouvertures d'arrivée d'air, spécialement prévues dans le fond de la chambre de combustion, produisent une autre cir- culation en sens inverse 'à l'extérieur du cône 26, qui a tendance à diminuer l'angle au sommet du cône, comme on va le décrire ci-dessous. Ces deux cir- culations inversées d'air de combustion qui se produisent à l'intérieur et à l'extérieur du cône 26, ont donc des tendances opposées, de telle sorte que, normalement., ce cône 26 n'est pas en contact direct avec le volet circulaire 21.
La circulation de l'air de combustion se fait de la façon sui- vante à travers le fond de la chambre et la tuyère. L'air provenant du compresseur 1 arrive sur le fond à grande vitesse, dans une direction pres- que axiale, et avec une uniformité aussi grande que le permettent les aubes directrices la, situées dans la conduite d'arrivée 2 (figure 1).
Une condition avantageuse est que l'air entre par l'ouverture 8a du capot 8 dans une direction aussi axiale que possible et avec une uni- formité aussi parfaite qu'il est possible de l'obtenir sur toute la circon- férence du capote Cet air pénètre dans le capot et rencontre presque inmé- diatement la bague circulaire 20, qui fait-saillie sur le segment médian 9 b, elle dévie donc une partie de l'air d'un angle voisin de 180 , comme indiqté par la flèche, figure 2.
On remarquera que la circonférence extérieure du segment extrême 9c a un diamètre un peu supérieur à celui de l'arête de gauche du segment médian 9 b, et que les pinces 18 supportent ces deux. arêtes à -une certaine distance l'une de l'qutre,de manière à ménager une ouverture circulaire d'arrivée d'air 28.
L'arête gauche du segment médian 9b coopère avec la bague 20, de manière à constituer un déflecteur annulaire incurvé pour ce courant d'air 27. Celui-ci constitue une sorte de mince souche d'air qui circule le long de la surface interne du segment terminal 9c, de manière à le refroidir et à l'isoler de tout contact avec des particules de combustible partiellement brûlées.
La forme des pièces et l'alimentation de l'air vers le capot sont telles que cette couche d'air de balayage intérieur 27 circule vers l'extré- mité de sortie de la tuyère, et se trouve ensuite dirigée au contact de la surface extérieure du cône 26 de combestible pulvérisé, 9 comme indiqué par la flèche 29. '
En refroidissant le segment 9c, et en raison des radiations des flammes de la chambre de combustion, cet air 27, 29 se trouve préchauffé, de manière sensible, au moment où il vient en contact avec le cône 26 de com- bustible,,
de telle sorte qu'il vaporise facilement- les particules de ce com-
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bustible et se mélange à elleso Cette action a des effets très favorables sur les caractéristiques de combustion de l'appareil.
En observant la figure 2, on voit aussitôt que l'arête circulai- re externe du segment 9b est espacée radialement de l'arête voisine gauche adjacente du segment 9 a, de telle sorte qu'en liaison avec la bague circu- laire 19, on ménage une ouverture circulaire qui donne finalement naissance à une circulation d'air en sens inverse, comme indiqué par la flèche 300 Cet air balaye la surface interne du segment 9b, le refroidit et y empêche le dépôt de carbone.
Le but des petites ouvertures 17a, 18a, dans les pinces 17,18 est de réduire et même d'empêcher toute discontinuité dans les jets d'air 27 ou 30, comme cela pourrait se produire du fait même de la présence de ces pinces
Les ouvertures 25 ménagées dans le segment extérieur 9a servent à refroidir les languettes 24 du volet circulaire 21, en produisant une cou- che circulaire d'air de refroidissement et d'isolement pour la surface inter- ne du segment 9a, comme indiqué par la flèche 31, figure 2.
On remarquera que plusieurs moyens sont prévus pour permettre la dilatation respective des divers éléments, sous Inaction de la chaleur, afin qu'il ne s'y produise pas de tensions mécaniques internes dangereuses. Tout d'abord, on a eu l'idée fondamentale de diviser le fond quasi hémisphérique de la chambre de combustion en trois segments séparés par des pinces élastiques, permettant la dilatation et la contraction relatives des segments 9a et médian 9b l'un par rapport à l'autre, et par rapport au segment central beaucoup plus froid 9c.
En outre les encoches 23 permettent à la moitié de droite du vo- let circulaire 21, qui est l'élément le plus exposé au contact des gaz en com- bustion, de.se dilater ou de se -'contracter par rapport à la moitié gauche de ce volet, qui est fixé rigidement au segment 9a, sans qu'il se crée de forces différentielles de dilatation qui auraient tendance à briser les soudures ou à déformer les éléments circulaires.
Pour faciliter la libre dilatation d.ifférentielle de la moitié gauche du volet 21, on peut fendre le segment extérieur 9a depuis la soudure 22 jusqu'au trou central de chacun des groupes de trous 250 Une telle fente est représentée en 25b, figure 4. Une telle fente peut être pratiquée à cha- que groupe de trous 250 Ceci permet la dilatation du volet 21, sans exercer d'efforts dangereux sur la soudure 22.
De même, ce volet 21 constitue un écran protecteur entre la flam- me dans la chambre de combustion et une partie importante du segment 9a, ce qui protège contre l'arrivée de particules de combustible, et permet de fomer une couche d'air isolante 31 qui augmente la protection de ce segment 9a.
On voit donc que la partie la plus exposée du fond de la chambre est protégée par divers moyens. Comme on l'a vu ci-dessus, les goujons de . support 16 permettent au segment 9a de se dilater et de se contracter libre- ment, par rapport au capot 8 qui le supporteo
On peut remarquer quelques points complémentaires., au sujet de la liaison entre le capot 8 et le fond 9.
L'ouverture centrale 8a du capot est d'une dimension telle qu'el- le constitue un passage circulaire de.entrée, qui ne laisse passer que la quan- tité exacte d'air nécessaire pour produire les jets efficaces, qui formeront finalement le cène 26, décrit plus haut. Comme le savent les techniciens, une arrivée trop faible d'air dans le capot entraînera la formation de jets qui n'auront pas assez de force pour produire le jet final représenté par le cône 26; par contre, un excès d'air peut produire un refroidissement exces- sif dans la chambre primaire de mélange et de combustion, dans le fond de la chambre, ou des mélanges d'air et de combustible trop pauvres pour atteindre les caractéristiques d'une bonne combustion.
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On doit donc dimensionner l'ouverture 8a du capot de manière à obtenir exactement la circulation appropriée d'air,compte tenu du nombre et des dimensions des divers orifices et de la tuyère, dans le fond de la cham- bre. En outre,une fois que l'air est entré entre le capot et les divers seg- ments, la section effective de ce passage doit être calculée de façon que la vitesse de l'air le long des surfaces extérieures des segments 9b, 9a, soit suffisante pour en assurer le refroidissement efficace.
Enfin, on peut remarquer qu'une certaine partie de l'air qui pé- nètre dans le capot est dirigée à travers l'ouverture circulaire ménagée ent re l'arête circulaire de droite du segment, 9a et la surface interne adjacente de la paroi cylindrique 5a, de manière à former une couche d'air de refroidisse- ment et d'isolement, comme indiqué par la flèche 32, figure 2.
Cette nouvelle construction, selon l'invention, du fond de la cham- bre de combustion a procuré des améliorations remarquables dans le refroidis- sement des divers éléments, et, en particulier, autour du segment 9a. En ou- tre, on a pu introduire une même quantité d'air de refroidissement, et même une plus grande quantité, par rapport aux constructions antérieures, sans af- fecter défavorablement la forme voulue de la circulation de l'air dans le fond de la chambre. On a ainsi obtenu un meilleur refroidissement des éléments de ce fond, avec des caractéristiques de combustion semblables et mêmes amélio- rées.
C'est ainsi que les fentes annulaires continues, formant les jets d'air 27 et 30, produisent une circulation inverse plus puissante d'air, inté- rieurement, en direction de la tuyère d'alimentation en combustible, comme on le voit par la flèche 29 de la figure 2; cette circulation inverse tend à refermer le cône de combustible 26, de manière que des particules de combus- tible ne viennent pas en contact avec les éléments du.fond de la chambre.
On peut aussi rendre plus puissante la circulation en sens inver- se de l'air, représentée, par les flèches 15, afin d'obtenir de bonnes carac- téristiques de combustion, sans causer une ouverture du cône 26, qui amènerait les flammes à lécher directement le segment 9a.
On peut se rendre compte de l'amélioration considérable obtenue au moyen de la présente invention, en remarquant que les chambres de combus- tion de construction ancienne avaient une durée utile de moins de cent heu- res, sans réparations ou remplacement, alors que les fonds des chambres de combustion, conformes à l'invention, ont fonctionné dans des centrales à tur- bines à gaz pendant cinq cents heures, sans difficulté.
Bien entendu, les techniciens comprendront que des variantes di- verses peuvent être apportées dans la réalisation mécanique des éléments.
Par exemple, on peut modifier la forme du volet circulaire 21, de la figure 2. Les figures 5 et 6 en montrent une variante.
Dans cette variante, au lieu d'avoir une bague annulaire continue, on peut obtenir un fonctionnement analogue par plusieurs échancrures 25a, dis- posées à une certaine distance les unes des autres sur une même circonférence et découpées dans le segment 9a. Chacune de ces échancrures est faite à la place d'un jeu de trois ouvertures 25, figure 4,,
Au lieu d'un seul volet circulaire 21, on pourrait prévoir plusieurs plaques déflectrices séparées, chaque plaque déflectrice étant associée à cha- cune des échancrures 25a.
Comme on le voit figure 5, chaque déflecteur 21 a a une coupe en forme de Z, dont la partie extérieure est soudée par points ou fixée de toute autre manière, à la surface extérieure du segment 9a, et dont la branche terminale du Z est plane et parallèle à la surface interne du seg- ment 9a. De cette manière, l'air circulant à travers l'échancrure 25 a forme une couche mince sur cette surface interne du segment 9a, cette couche corres= pondant à celle représentée par la flèche 31 de la figure 2.
Bien que l'on ait décrit plusieurs variantes de réalisation de l'in- vention, il est bien entendu que l'on ne désire pas se limiter à ces formes particulières données simplement à titre d'exemple, et sans aucun caractère
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BURNER.
The present invention relates to improvements, changes and additions to that which is the subject of the main patent and contains two improvements and relates to burners for liquid or gaseous fuels, in particular to the details of the arrangement of the bottom which forms the end wall of the cylinder constituting the actual combustion chamber.
In high-output combustion chambers, constructed recently for the efficient production of hot gases producing motive power, as in the case of gas turbine power plants, experience has shown that the thin sheet metal walls which define the real combustion chamber, are the elements which most frequently need to be examined, repaired or replaced,
The first condition for such an apparatus is of course, that the circulation of the combustion air to the combustion chamber is exactly that which is necessary for the combustion to take place under the desired good conditions Once the cylinder which constitutes the side walls of the combustion chamber,
and that the bottom of this chamber has been calculated to obtain the desired combustion characteristics, the most important cousins are aimed at the appropriate mechanical realization, allowing the relative thermal expansions which occur during operation, to avoid the creation of local mechanical stresses internal which tend to create defects in the metal; efficient and uniform cooling must also be ensured to avoid hot spots and resulting mechanical stresses;
in addition, a cooling and insulating layer of pure air must be created on the inner surface of the chamber and the bottom thereof, in order to avoid the deposition of particles of charred fuel. it is sometimes very difficult to plan a construction which
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effectively takes into account all of these necessities, which are sometimes contradictory. The object of the present invention is to provide an improved bottom for the combustion chamber, which has been found to have remarkable characteristics from the point of view of useful life, and of its perfect operation.
The bottom of the chamber, according to the invention, can be used in particular in the combustion chamber claimed by the Applicant Company in the main patent and its improvements and more particularly in the second improvement in the main patent.
The invention will moreover be clearly understood by referring to the following description and to the drawing which accompanies it by way of nonlimiting example and in which - FIG. 1 diagrammatically represents part of a turbine installation. gas, showing the relative arrangement of the bottom of the combustion chamber with respect to the other elements - Figure 2 is a sectional view, in detail, of this bottom.
- Figure 3 is a rear view.
- Figure 4 is a front view, along plane 4-4 of Figure 2.
- Figure 5 is a sectional detail of an alternative form of the outer circular segment.
- Figure 6 is a view taken in the 6-6 direction of the figure.
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'Figure 5 - The bottom of the combustion chamber, according to the invention, consists, in general 1 of a number of circular segments, held together by special supports, and arranged, relative to each other. to the others, so as to provide continuous circular orifices between them, to direct an insulating and cooling layer of combustion air, on the internal surfaces of the various segments. Special cooling means are provided on the circumferential part of the bottom of the chamber, which is usually the most prone to overheating.
Referring to Figure 1, it can be seen that this base is mounted in the combustion system of a gas turbine installation, in which a compressor 1, of any suitable type, sends air at a suitable pressure. , for example 5.25 kg / cm2, to a burner 3, through a pipe 2, ensuring the distribution of this air. The chamber comprises an outer wall or envelope 4, suitably spaced from an inner wall 5, which defines the actual combustion chamber. This inner wall can be supported by the outer wall 4, by any suitable means, for example, by means of elastic annular supports 6.
The bottom of the combustion chamber is shown as a whole by the reference 7, and comprises an outer cover 8 which surrounds, at a certain distance, the actual bottom 9 of the. chamber, consisting of several segments.
To introduce finely sprayed liquid into the bottom of the combustion chamber, a nozzle 10 is provided, which may be of any suitable type. Of course, if gaseous fuels are used, the appropriate known types of nozzles will also be employed. As can be seen in FIG. 1, this nozzle is fixed by means of a boss 10 a, forming an integral part of the nozzle. the outer wall 4, and directs a conical jet of atomized fuel towards the end of the chamber. To ignite the mixture of air and fuel, a candle 4 a, or any equivalent device, is attached to the outer wall 4; this spark plug passes through the cover 8 and the middle segment of the bottom 9 of the combustion chamber, so that the electrodes leave between them a space situated approximately in the conical jet of fuel.
Of course, this spark plug can be fixed otherwise, and it is possible, if desired, to use other types of ignition devices.
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A suitable fuel is supplied to the nozzle through line 11o. If nozzle 10 is of the "air-spray" type, air is supplied at the appropriate pressure through line 12, in order to spray the fuel.
The exact construction details of the compressor, the internal wall of the combustion chamber and the other elements of Figure 1 are not essential to an understanding of the present invention. However, it should be noted that an important characteristic of the combustion chamber described in 2d.
improvement to the main patent resides in the fact that the combustible fluid is injected through circular rows of orifices 13, 14, with a pressure and a speed such that it forms small powerful jets which are maintained throughout. the axis of the wall 5, and jets in diametrically opposed directions, meeting on said axis and returning back towards the cover 8, this circulation in the opposite direction being represented by the arrows 15 of the air circulation
The bottom 9 of the combustion chamber, which is mainly the subject of the present invention, is shown schematically in Figure 1; its details are shown on an enlarged scale in Figures 2 to 4.
Figure 2 shows a longitudinal section, taken through the axis of the cover and the bottom of the chamber
The cover 8 has a generally hemispherical shape; it is made of relatively thin metal sheet., of the order of 2.4 mm thick, stamped or shaped in any other way. At its rear end, on the left in the figure, the cover 8 has a central opening 8 a, which cooperates with the bottom of the combustion chamber, to form a cylindrical air inlet, as will be described in detail below. . At its outer front circular part, the cover 8 can be welded or fixed in any other way, to the part adjacent to the wall 5a of the inner cylinder 5 of the chamber.
The bottom 9 of the combustion chamber, composed of various segments, is supported coaxially with the cover, by means of several radial studs 16, distributed on a circumference, and which can be riveted, or welded, or fixed in any suitable manner to the edge of the cover 80 The studs 16 enter freely into holes provided for this purpose in the outer segment - 9a of the bottom of the chamber.
This background is composed of three segments 9a, 9b, 9c, in the form of trunks of cones of revolutions of different angles at the top. Their set defines a substantially hemispherical primary chamber, mixing and combustion,
In accordance with the present invention, these segments are fixed to each other by means of several clamps, U-shaped, distributed over circumferences, and shown at 17 and 18, figure 2. Figure 3 shows a piano view. On the upstream side, that is to say the side turned to the left of FIG. 2, each clamp is provided with several openings 17a, 18a, allowing the arrival of cooling air; we will come back to this in detail below.
The upstream side of the clamps can be spot welded, or fixed in any other way, directly to the neighboring segment, the downstream side of the clamps is fixed to the rings 19, 20 using a branch of the U of these clamps, which is fixed to the rings 19, 20, which completely surround the segments 9a and 9b, respectively; these rings serve as deflectors to direct the circulation of the cooling air, as will be described in more detail below. The central part of the end segment 9c has a central flared opening 9d which can slide freely over the cylindrical end of the ring. the nozzle 10.
As the outer terminal segment 9a corresponds to the part of the bottom of the burner which was previously shown to be subject to the most intense calorific effects at hot spots, having a short operating time due to the burning of the metal, means Particular aerodynamics are provided to protect and cool this segment. These means' consist of a circular flap 21, welded at 22 to the rear edge of the outer segment 9a.
The front part (to the right of the figure) of the shutter 21 is provided with several notches 23, distributed over its circumference;
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their intervals constitute tongues 24 which are slightly bent outwards, so as to be found substantially parallel to the wall of segment 9a. The latter wall has openings 25, distributed over its circumference, and cooperating respectively with the tongues 24 (FIG. 4). We see for example, in this figure. that three openings 25 cooperate with each tab 24.
Here is how air circulates through and around the various components of the hood and the bottom of the combustion chamber. First of all, it should be noted that the shape taken by the jet of liquid is that of a hollow cone of revolution 26, having the same axis as the bottom of the chamber., As shown in phantom in figure 20
As can be seen, the nozzle is chosen so that the angle at the apex of the cone is not greater than 900, and that this cone is thus substantially spaced from the circular flap 21.
During operation, this angle at the top of the cone 26 varies somewhat, as a result of the variations, due to the various speeds of air circulation, which influence this cone.
In particular, the reverse flow of air, as indicated by arrows 15 in Figures 1 and 2, tends to increase the angle at the top of the cone. and bringing this cone closer to the circular flap 21.
Naturally, this tendency increases if the intensity of the reverse air current increases. On the other hand, the air inlet openings, specially provided in the bottom of the combustion chamber, produce another cir - Culation in the opposite direction 'outside the cone 26, which tends to decrease the angle at the apex of the cone, as will be described below. These two reverse circulations of combustion air which occur inside and outside of the cone 26, therefore have opposite tendencies, so that, normally., This cone 26 is not in contact. direct with the circular shutter 21.
The combustion air circulates as follows through the bottom of the chamber and the nozzle. The air from the compressor 1 arrives at the bottom at high speed, in an almost axial direction, and with as great a uniformity as the guide vanes 1a, located in the inlet duct 2 (FIG. 1) allow.
An advantageous condition is that the air enters through the opening 8a of the hood 8 in as axial a direction as possible and with as perfect uniformity as is possible to obtain over the entire circumference of the hood. air enters the bonnet and almost immediately meets the circular ring 20, which protrudes on the middle segment 9b, it therefore deflects part of the air by an angle close to 180, as indicated by the arrow, figure 2.
It will be noted that the outer circumference of the extreme segment 9c has a diameter a little greater than that of the left edge of the middle segment 9b, and that the clamps 18 support these two. edges at a certain distance from one of the qutre, so as to provide a circular air inlet opening 28.
The left edge of the middle segment 9b cooperates with the ring 20, so as to constitute a curved annular deflector for this air stream 27. The latter constitutes a kind of thin stub of air which circulates along the internal surface. of the terminal segment 9c, so as to cool it and isolate it from any contact with partially burnt fuel particles.
The shape of the parts and the supply of air to the cowl are such that this layer of internal purging air 27 circulates towards the outlet end of the nozzle, and is then directed into contact with the surface. outer cone 26 of pulverized fuel, 9 as indicated by arrow 29. '
By cooling the segment 9c, and due to the radiation from the flames of the combustion chamber, this air 27, 29 is appreciably preheated when it comes into contact with the cone 26 of fuel ,,
so that it easily vaporizes the particles of this com-
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bustible and mixes with Elleso This action has very favorable effects on the combustion characteristics of the appliance.
By observing FIG. 2, it is immediately seen that the outer circular ridge of segment 9b is radially spaced from the adjacent left neighboring ridge of segment 9a, so that in connection with the circular ring 19, a circular opening is provided which finally gives rise to a circulation of air in the opposite direction, as indicated by the arrow 300. This air sweeps the internal surface of the segment 9b, cools it and prevents the deposition of carbon therein.
The purpose of the small openings 17a, 18a, in the clamps 17,18 is to reduce and even prevent any discontinuity in the air jets 27 or 30, as could occur due to the very presence of these clamps
The openings 25 in the outer segment 9a serve to cool the tabs 24 of the circular shutter 21, providing a circular layer of cooling and isolating air for the inner surface of the segment 9a, as indicated by arrow 31, figure 2.
It will be noted that several means are provided to allow the respective expansion of the various elements, under the inaction of heat, so that dangerous internal mechanical stresses do not occur there. First of all, we had the fundamental idea of dividing the almost hemispherical bottom of the combustion chamber into three segments separated by elastic clamps, allowing the relative expansion and contraction of the segments 9a and middle 9b with respect to each other. to the other, and compared to the much cooler central segment 9c.
In addition, the notches 23 allow the right half of the circular flap 21, which is the element most exposed to contact with the combustion gases, to expand or contract with respect to the half. left of this flap, which is rigidly fixed to segment 9a, without the creation of differential expansion forces which would tend to break the welds or deform the circular elements.
To facilitate the free differential expansion of the left half of the shutter 21, the outer segment 9a can be split from the weld 22 to the central hole of each of the groups of holes 250. Such a slot is shown at 25b, FIG. 4. Such a slot can be made at each group of holes 250. This allows the expansion of the shutter 21 without exerting dangerous forces on the weld 22.
Likewise, this flap 21 constitutes a protective screen between the flame in the combustion chamber and a significant part of the segment 9a, which protects against the arrival of fuel particles, and makes it possible to form an insulating layer of air. 31 which increases the protection of this segment 9a.
It can therefore be seen that the most exposed part of the bottom of the chamber is protected by various means. As seen above, the studs of. support 16 allow segment 9a to expand and contract freely, relative to cover 8 which supports it.
We can notice a few additional points about the connection between the cover 8 and the bottom 9.
The central opening 8a of the hood is of such a size that it constitutes a circular inlet passage, which only allows the passage of the exact amount of air necessary to produce the effective jets, which will ultimately form the inlet. Supper 26, described above. As the technicians know, too little air inlet in the hood will result in the formation of jets which will not have enough force to produce the final jet represented by the cone 26; on the other hand, an excess of air can produce excessive cooling in the primary mixing and combustion chamber, in the bottom of the chamber, or mixtures of air and fuel too lean to achieve the characteristics of a good combustion.
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The opening 8a of the cover must therefore be dimensioned so as to obtain exactly the appropriate circulation of air, taking into account the number and dimensions of the various orifices and of the nozzle, in the bottom of the chamber. Furthermore, once the air has entered between the cowl and the various segments, the effective section of this passage must be calculated so that the air speed along the outer surfaces of the segments 9b, 9a, is sufficient to ensure effective cooling.
Finally, it can be observed that a certain part of the air which enters the cover is directed through the circular opening made between the right circular edge of the segment, 9a and the adjacent internal surface of the wall. cylindrical 5a, so as to form a layer of cooling and isolating air, as indicated by arrow 32, figure 2.
This new construction, according to the invention, of the bottom of the combustion chamber has provided remarkable improvements in the cooling of the various elements, and, in particular, around the segment 9a. In addition, it was possible to introduce the same quantity of cooling air, and even a greater quantity, compared to previous constructions, without adversely affecting the desired form of the air circulation in the bottom of the chamber. bedroom. A better cooling of the elements of this base was thus obtained, with similar and even improved combustion characteristics.
Thus, the continuous annular slots, forming the air jets 27 and 30, produce a more powerful reverse circulation of air, internally, towards the fuel supply nozzle, as seen by arrow 29 in FIG. 2; this reverse circulation tends to close the fuel cone 26 so that fuel particles do not come into contact with the bottom elements of the chamber.
It is also possible to make the reverse circulation of the air, represented by arrows 15, more powerful in order to obtain good combustion characteristics, without causing the cone 26 to open, which would cause the flames to rise. directly lick segment 9a.
The considerable improvement obtained by means of the present invention can be seen from the observation that older construction combustion chambers had a useful life of less than one hundred hours without repair or replacement, whereas The bottom of the combustion chambers, in accordance with the invention, have operated in gas turbine power stations for five hundred hours without difficulty.
Of course, technicians will understand that various variations can be made in the mechanical production of the elements.
For example, the shape of the circular flap 21 of FIG. 2 can be modified. FIGS. 5 and 6 show a variant thereof.
In this variant, instead of having a continuous annular ring, a similar operation can be obtained by several notches 25a, arranged at a certain distance from each other on the same circumference and cut out in the segment 9a. Each of these notches is made instead of a set of three openings 25, Figure 4 ,,
Instead of a single circular flap 21, several separate deflector plates could be provided, each deflector plate being associated with each of the notches 25a.
As can be seen in FIG. 5, each deflector 21 has a Z-shaped section, the outer part of which is spot-welded or fixed in any other way, to the outer surface of the segment 9a, and of which the terminal branch of the Z is flat. and parallel to the inner surface of segment 9a. In this way, the air circulating through the notch 25 a forms a thin layer on this internal surface of the segment 9a, this layer corresponding to that shown by the arrow 31 in FIG. 2.
Although several variant embodiments of the invention have been described, it is understood that one does not wish to be limited to these particular forms given simply by way of example, and without any character.
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