BE533815A - Chambre pour la mise en présence d'au moins deux substances - Google Patents

Description

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   La présente invention se rapporte aux chambres de mélange, notam- ment pour substances susceptibles de réagir entre elles et, plus particulière- ment, aux chambres de combustion du type dans lequel un flux continu, par exemple, de comburant, est mélangé, par exemple avec un combustible, après quoi le   mélange,,   constitué dans le cas de la combustion par les gaz brûlés, s'échappe de la chambre, également à jet continu. 



   Pour obtenir un mélange   ïntime,   il est indispensable de créer une turbulence à 1'intérieur de la   chambre.   



   En général, notamment dans les chambres de combustion connues, cette turbulence est obtenue au moyen d'un ou plusieurs obstacles Intérieurs) soit solides, soit constitués par des jets de fluide auxiliaire. Ces obsta- cles intérieurs ont l'Inconvénient majeur de donner naissance dans leur sil- lage à des zones de remous statiques provoquant une perte d'énergie considé- rable. 



   La présente Invention a pour but d'obtenir la turbulence désirée sans Introduire dans la chambre aucun obstacle Intérieur de ce genre. 



   L'invention vise, plus particulièrement, l'obtention d'une cham- bre de combustion dans laquelle une flamme brûlant en   permanence   remplit pra- tiquement toute la capacité de la chambre, ce qui assure un "rendement de combustion" maximum. Par "rendement de combustion", on entend Ici le nombre de calories développé par unité de volume, par unité de temps et par uni- té de pression dans la chambre pour une perte de charge prédéterminée à travers celle-ci. 



   Suivant l'invention, une des extrémités de la chambre de mélange est alimentée par un flux qui sera désigné ci-après sous le nom de flux hélicoidal, cette expression   Indiquant   que ce flux comporte le long de la paroi extérieure de la chambre une composante de rotation et une composante de translation dirigée vers l'autre extrémité de la chambre, de manière à créer à l'entrée de la chambre un gradient de pression négatif entre la paroi extérieure et l'axe de la chambre, tandis que celle-ci se termine, à son autre extrémité, par un obstacle solide propre à créer, à ladite autre extrémité, une distribution radiale de pression plus uniforme qu'à l'entrée, ce qui donne naissance à un contre-courant dans la région axiale depuis l' extrémité munie de l'obstacle vers l'entrée,

   tandis qu'une zone de turbulence annulaire continuellement mobile est créée par l'interaction entre le courant périphérique et le contre-courant axial. 



   La violente turbulence sans zones stationnaires ainsi obtenue affecte pratiquement tout l'espace intérieur de la chambre,   à   l'exception d'une couche périphérique correspondant au flux et d'une veine axiale correspondant au contre-courant. Dans une chambre de combustion, cette couche périphérique protège la paroi extérieure contre l'action des substances en   ignition.   De plus, le flux hélicoïdal qui constitue cette couche   périphéri-   que a un effet réfrigérant propre à rejeter vers la zone axiale la chaleur de radiation des gaz   brûlés.   Dans une chambre annulaire, la veine axiale forme une couche périphérique intérieure qui a le même effet protecteur sur la paroi annulaire Intérieure. 



   On voit ainsi qu'une chambre de combustion suivant l'Invention, en dépit de son rendement de combustion considérable a ses parois maintenues à une température relativement basse et ne risque pas d'enflammer des parties environnantes, cependant que les pertes calorifiques sont limitées à une valeur négligible, et ceci même sans calorifugeage. 



   Suivant une autre caractéristique de l'invention, au moins l'une des substances à mélanger pénètre dans la chambre à   1'une   de ses extrémités tandis que le mélange s'échappe à son autre extrémité. 



   Dans un mode de construction préféré, la chambre présente une forme générale tronconique, l'entrée étant disposée du côté de la petite base. 

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   Il est possible, sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention, d'injecter la ou les substances à mélanger avec le flux   hélicoï-   dal en un point quelconque de la chambre. 



   Il est toutefois, particulièrement prévu d'effectuer cette   in-   jection au voisinage de l'axe de la chambre dans la direction du contre-courant axial et, de préférence, à proximité de l'extrémité munie de l'obstacle terminal, et ceci, notamment, lorsque la sortie du mélange s'effectue par ladite extrémité. 



   Suivant une disposition complémentaire, il est prévu, en aval de l'extrémité sortie de la chambre, des moyens propres à transformer le flux hélicoïdal précité en un écoulement sensiblement linéaire. 



   Suivant un mode de réalisation préféré, les moyens en question sont agencés de telle manière qu'ils soient capables d'utiliser l'énergie ainsi récupérée à partir de la composante de rotation du flux hélicoïdal. 



   L'invention vise, en outre, un turbo-réacteur comportant, en combinaison, au moins un étage de compresseur, au moins une chambre de   com-   bustion du type décrit ci-dessus et au moins un étage de turbine propre à entraîner ledit étage de compresseur, tandis que celui-ci alimente la ou les chambres en un flux hélicoïdal d'air comprimé, les gaz brdlés agissant sur l'étage de turbine dont la rotation permet la récupération de la composante de rotation desdits gaz brûlés, de sorte que ceux ci sont éjectés en une veine sensiblement rectiligne. 



   L'invention vise encore un stato-réacteur comportant une chambre de combustion telle que décrite ci-dessus alimentée en air à travers un passage approprié et en combustible, les gaz brûlés qui s'échappent de la   cham-   bre constituant le jet du réacteur. 



   L'invention vise, de plus, un hélicoptère comportant une   plurali-   té de chambres du type décrit montées chacune au bout d'une pale, convenablement alimentées en air comprimé et en combustible et projetant leurs gaz brûlés, chacune dans une direction sensiblement perpendiculaire au bord de fuite de la pale qui la porte. 



   Il doit être bien entendu que la chambre de mélange suivant l'invention peut être utilisée à volonté, soit pour le simple mélange mécanique d'un nombre quelconque de substances différentes, gazeuses, liquides, pulvérulentes,   etc..,   soit pour le mélange   chimique   de différentes substances des-   tinées   à entrer en réaction. 



   Dans la description détaillée ci-après, la chambre de mélange suivant l'invention sera décrite dans son utilisation particulière comme chambre de combustion. 



   L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés sur lesquels on a représenté, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réalisation de   l'invention.   



   Sur ces dessins : 
La Fig. 1 est une coupe longitudinale d'une chambre de mélange suivant l'invention. 



   La Fig. 2 est une vue en perspective de ladite chambre. 



   La Fig. 3 montre les distributions de pression aux deux extrémités de la chambre. 



   La Fig. 4 est une coupe longitudinale d'un turbo-réacteur muni d'une chambre de combustion annulaire suivant l'invention. 



   La Fig. 5 est une coupe partielle d'un autre turbo-réacteur muni d'une pluralité de chambres de combustion du type représenté sur les Figs. 



  1 et 2 réparties autour de l'axe du réacteur. 

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   La Fig. 6 est une coupe transversale suivant la ligne 6-6 de la
Fig. 5. 



   La Fig. 7 est une coupe longitudinale d'un stato-réacteur muni d'une chambre de combustion cylindrique suivant l'invention. 



   La Fig. 8 est une vue schématique d'une pale d'hélicoptère mu- nie à son extrémité d'une chambre de combustion individuelle suivant l'in- vention. 



   La Fig. 9 est une vue en bout suivant la ligne 9-9 de la Fig. 



   8 du bord de fuite de la dite pale   d'hélicoptère.   



   Dans l'exemple représenté sur les   Figs.   1 et 2, la chambre de mélange suivant l'invention est constituée par une simple enveloppe tubulaire de révolution 1 munie d'une entrée 2 et d'une sortie 3. Dans le mode de construction des Figs. 1 et 2, l'entrée et la sortie sont disposées aux ex- trémités respectives de l'enveloppe tubulaire 1 et celles-ci présentent une forme tronconique, l'entrée 2 étant disposée du côté de la petite base. 



   Suivant l'invention, l'entrée 2 est agencée de telle manière que le flux de substance introduit dans la chambre qui peut   être,   par exemple, un comburant lorsque la chambre est utilisée pour la combustion, progresse à   l'intérieur   de la chambre le long de la paroi extérieure de celle-ci tout en tournant sur lui-même. 



   Suivant l'invention, un obstacle solide qui, dans l'exemple des Figs. 1 et 2, est constitué par une   simple   paroi pleine circulaire 5, est disposée transversalement à l'extrémité de la chambre opposée à l'entrée. 



   Sur la Fig. 3, la courbe de gauche représente la distribution des pressions à l'entrée de la chambre 1; po est la pression moyenne dans la   cham-   bre. Comme on le voit clairement sur la courbe, la pression dans la zone marginale de la section d'entrée, c'est-à-dire à proximité de la paroi extérieure de l'enveloppe 1, est supérieure à p avec une valeur maxima au voisinage immédiat de ladite paroi. La pression   décroit   progressivement à mesure qu'on pénètre à l'intérieur de la chambre, passe par la valeur moyenne Po, puis devient négative par rapport à cette valeur moyenne pour décroître encore jusqu'à une valeur minima qu'elle atteint à proximité de l'axe de la chambre.

   Au contraire, comme on peut le voir sur la courbe de droite de la Fig. 3, la présence de l'obstacle extrême 5 détermine à l'autre extrémité de la chambre une distribution de pression plus uniforme. En particulier, la valeur minima de cette pression dans la région de l'axe de la chambre est considérablement Inférieure en valeur absolue à la pression minima régnant à l'entrée dans la même région. Il en résulte une dépression relative qui provoque un contre-courant dans la zone axiale à partir de l'extrémité munie de l'obstacle vers l'extrémité "entrée" de la chambre.

   Dans l'exemple représenté sur les Figs. 1 et 2, un gicleur 6 injecte dans la chambre une seconde substance qui, dans le cas d'une chambre de combustion, est un combustible, cette alimentation s'effectuant, de préférencescomme représenté, à proximité de l'axe de la chambre dans la direction du contre-courant et, toujours de préférence, -vers l'extrémité "sortie". L'interaction entre le flux 4 de   la.   première substance et le contre-courant 7 donne lieu à des phénomènes de turbulence intenses sans zones stationnaires. 



   Dans l'exemple représenté sur les Figs. 1 et 2, la sortie 3 est constituée par une conduite en spirale s'étendant tangentiellement à la paroi extérieure de l'enveloppe 1 et également tangentiellement à la paroi extrême   5.   



   Sur les Figs. 4 et 5, on a représenté un turbo-réacteur constitué par une pluralité d'étages de compresseur comportant un rotor 9 muni de pales 10, un stator comportant des aubes fixes 11 et un ou plusieurs étages de turbine comportant un rotor 12 muni de pales 13 et des aubes fixes 14. 



  Entre le compresseur et la turbine est disposée une chambre de combustion suivant l'Invention qui, dans cet exemple, est constituée par une enveloppe 

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 tubulaire annulaire 15 traversée axialement par un arbre 16 destiné à assurer l'entraînement du rotor 9 du compresseur à partir du rotor 12 de la turbine. L'entrée annulaire 17 de la chambre de combustion est alimentée par un flux hélicoïdal d'air comprimé à partir du dernier étage de pales du rotor 9 du compresseur, tandis que   l'orifice   de sortie annulaire 18 de la chambre de combustion évacue les gaz sur le premier étage de pales 13 du réacteur 12 de la turbine. Un combustible approprié est introduit à proximité de l'axe de la chambre, comme indiqué en 29, dans la direction du contre-courant, en vue de son mélange intime avec l'air de combustion. 



   Une caractéristique particulière de ce mode de réalisation réside en ce que les gaz   brûlés   s'échappant par l'orifice de sortie 18 ont leur composante de rotation récupérée par le rotor 12 de la turbine, de sorte que, comme indiqué en 20, ces gaz s'échappent sous la forme d'un jet sensiblement rectiligne, tandis que ladite composante de rotation est utilisée pour l'entraînement du rotor 9 du compresseur. Celui-ci est alimenté en air à partir de l'extérieur de la manière habituelle, comme représenté en 21. 



   Dans la variante de la Fig. 6, une pluralité de chambres de combustion 22 agencées suivant l'invention sont réparties autour de la périphérie du réacteur entre le compresseur   et:   la turbine, la petite base des chambres de combustion étant adjacente au compresseur. Dans ce mode de réalisation, toutes les chambres 22 sont alimentées simultanément en air   compri-   mé; elles sont, en outre, alimentées axialement dans la direction du contrecourant par des gicleurs individuels 23 à partir d'une source commune de combustible. Dans ce mode de réalisation, on a donné à la partie de chaque chambre voisine de son entrée une forme spéciale, représentée en 24 sur la Fig. 6, pour assurer la formation du flux hélicoïdal désiré. 



   Dans les deux modes de réalisation des Figs. 4 et 5, les entrées et/ou les sorties des chambres de combustion peuvent être munies, si on le désire, d'aubages fixes additionnels, comme indiqué en 25 sur la Fig. 5 et en 26 sur la Fig.   6.   



   Dans le stato-réacteur représenté sur la Fig. 7, une chambre de combustion cylindrique 27 suivant l'invention a été montée dans la partie arrière d'une enveloppe tubulaire 28,'tandis qu'à l'avant de celle-ci est fixé, de façon rigide, un corps fuselé 29. Un passage annulaire divergent 30 est ainsi formé entre le corps 29 et l'enveloppe tubulaire 23. A son extrémité intérieure, le corps 29 est fixé de façon rigide sur une cloison transversale 31 dans laquelle est découpé un aubage fixe annulaire ou même circulaire, l'inclinaison et la forme des aubes étant propres à assurer la transformation du flux annulaire rectiligne arrivant à travers le passage divergent 30 en flux hélicoïdal d'entrée pour la chambre de combustion.

   Le combustible est fourni par un petit réservoir fuselé 32 implanté dans une cloison transversale arrière 33 qui est égalemen-: munie, si on le désire, d' un aubage fixe dont la fonction est de retransformer le flux hélicoïdal de sortie en un jet sensiblement rectiligne. La paroi avant du réservoir 32 constitue l'obstacle solide suivant l'invention et son gicleur 34 injecte le combustible axialement dans la direction du contre-courant dans la chambre 27. 



   De plus, les aubages des cloisons 31 et 33 impriment à l'engin, lorsque celui-ci est utilisé comme projectile à propulsion autonome, un rapide mouvement hélicoïdal facilitant sa pénétration dans l'air. 



   Enfin, sur les Figs. 8 et 9, on a représenté une pale   d'héli-   coptère munie d'une chambre de combustion suivant l'invention. Ladite chambre indiquée en 35 est montée à l'extrémité de la pale 37 et éjecte ses gaz dans une direction sensiblement perpendiculaire au bord de fuite 36 de ladite pale, comme représenté en 38. 



   Dans ce mode de réalisation, toutes les chambres de combustion individuelles sont alimentées par des canalisations appropriées 39 en air 

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 comprimé, cependant que d'autres canalisations 40 assurant leur alimenta- tion en combustible. 



   Bien entendu, l'invention n'est nullement Limitée à l'exemple décrit et représenté. Elle est susceptible de nombreuses variantes acces-   sibles   à   l'homme   de l'art, suivant les applications envisagées et sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de   l'Invention.  

Claims (1)

1. RESUME, L'Invention a pour objet : 1.- Une chambre de mélange tubulaire, caractérisée par le fait qu'elle est alimentée à l'une de ses extrémités par un flux continu d'une première substance tournant sur lui-même et progressant le long de la paroi extérieure de la chambre vers son autre extrémité, de façon à créer à l'ex- trémité entrée un gradient de pression négatif depuis la paroi extérieure de la chambre jusqu'à son axe et par le fait que ladite autre extrémité se termine par un obstacle solide propre à y créer une distribution radiale de pression plus uniforme qu'à l'entrée, des moyens étant prévus pour ali- menter de façon continue ladite chambre en au moins une seconde substance et pour évacuer de façon continue le mélange de la chambre,

   grâce à quoi un contre-courant sensiblement axial est créé à partir de l'extrémité munie de l'obstacle vers l'extrémité d'entrée, tandis qu'une zone de mélange turbulente annulaire se déplaçant continuellement est créée par le déplacement relatif entre ledit flux et ledit contre=courant.

   2.- Un mode de réalisation suivant 1, dans lequel ladite chambre est destinée au mélange de substances capables de réagir entre elles.

   3.- Un autre mode de réalisation suivant 1 et 2, dans lequel la substance Introduite à l'entrée dans la chambre est un comburant ou un combustible, tandis que la chambre est, par ailleurs, alimentée en continu en combustible ou en comburant.

   4.- Un mode de construction suivant 1, dans lequel l'évacuation du mélange s'effectue à l'extrémité munie de l'obstacle.

   5. - Une disposition suivant 1, dans laquelle les moyens d'alimentation de la ou des autres substances à mélanger débouchent dans une zone voisine de l'axe.

   6. - Un mode de réalisation suivant 5, dans lequel lesdits moyens projettent une substance dans la direction générale du contre-courant.

   7.- Une disposition suivant 5, dans laquelle les moyens d'ali- mentation débouchent à proximité de l'extrémité munie de l'obstacle.

   80- Un mode de réalisation suivant 1, dans lequel le flux continu d'entrée est obtenu par injection de la substance dans une direction tangentielle à la périphérie de la chambre.

   9. - Une variante suivant 8, dans laquelle ledit flux continu est obtenu par introduction dans la chambre d'une masse de substance de forme générale tubulaire tournant sur elle-même.

   10.- Une chambre de mélange suivant 9, dans laquelle les moyens d'alimentation comprennent un aubage s'étendant transversalement à l'extrémité entrée de la chambre et propre à transformer un flux sensiblement linéaire en une masse de substance tournante de forme générale tubulaire.

   11.- Un mode de réalisation suivant 1, dans lequel ledit obstacle solide est constitué par une cloison pleine transversale et dans lequel les moyens d'évacuation sont constitués par une conduite s'étendant tangentiellement à la périphérie de la chambre et à la dite paroi.

   12. - Une chambre de mélange suivant 1, dans laquelle l'obstacle solide est constitué par une paroi centrale pleine s'étendant transversale- <Desc/Clms Page number 6> ment et dans laquelle les moyens d'évacuation sont constitués par l'espace annulaire compris entre ladite paroi centrale et la périphérie de la chambre, un aubage fixe par rapport à la chambre étant disposé en aval de ce passage 13.- Une variante suivant 12, dans laquelle ledit aubage fixe est remplacé par une roue de turbine.

   14.- Un turbo-réacteur comportant, en combinaison, une chambre de combustion suivant 3, munie d'un orifice d'entrée et d'un orifice de sortie annulaires, au moins un étage de compresseur en amont de ladite chambre à proximité Immédiate de son orifice d'entrée, au moins un étage de turbine en aval de ladite chambre à proximité Immédiate de son orifice de sortie et un arbre d'entraînement reliant la turbine au compresseur.

   15.- Un stato-réacteur comportant une chambre de combustion cylindrique suivant 3, dont les parois sont prolongées à partir de son extrémité entrée, de manière à former une enveloppe tubulaire, un corps aérodynamique monté de façon rigide dans ladite enveloppe tubulaire en saillie par rapport à celle-ci et formant avec elle un passage annulaire divergent, un premier aubage annulaire s'étendant transversalement entre l'enveloppe et la chambre de combustion et constituant l'entrée d'air de ladite chambre et un réservoir propre à injecter de façon continue du combustible dans la chambre pendant une durée prédéterminée, 16.- Dans un hélicoptère, une chambre de combustion suivant 3, montée de façon rigide au bout de chaque pale de l'hélicoptère,

   le flux de sortie de ladite chambre étant dirigé sensiblement à angle droit par rapport au bord de fuite de la pale, des moyens pour alimenter toutes les chambres en un flux continu hélicoïdal d'air comprimé et des moyens pour alimenter axialement toutes les chambres en combustible. en annexe 3 dessins.