BE720157A - - Google Patents

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BE720157A
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/36Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
    • F23D11/38Nozzles; Cleaning devices therefor
    • F23D11/383Nozzles; Cleaning devices therefor with swirl means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D11/00Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/24Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space by pressurisation of the fuel before a nozzle through which it is sprayed by a substantial pressure reduction into a space
    • F23D11/26Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space by pressurisation of the fuel before a nozzle through which it is sprayed by a substantial pressure reduction into a space with provision for varying the rate at which the fuel is sprayed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23RGENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

  

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 EMI1.1 
 



  IIInjeoteur de combustible" Y i w w i w w 
 EMI1.2 
 La présente invention se rapporte à un injeoteur de combustible, plus à un injecteur dE! combus- 'bible du type h aupfaoe v!1:ritblo convenant tout spoialument pour alimenter en coinbuatiblo des brllettro de 1JOst"OOtnlJust:Lon do moteurs à r&uotio.\'\ oix des braleure de tuybreme Dans les brûlons à poetoombu9tion des moteurs d'avia %ion actuels à turborânoteur ou à etatordacteur, le débit do combustible nécessaire à chaque point d'injection peut griep par exemple d'un minimum de moine de dix 1:1. vrea à l' hsu:r b. un 1'IIadmum de 150 livres à l'heure, ce qui donne une plagé de diEbi d'au moins 15 1 l, alors que la pression minimum roquioe est do l'ordre de 150 livres par pouoe oarré et que le maximum disponi ble est d'environ 650 ,livres par pouou aorrê, une plage de 
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 pression d'un pou plus de 4 1 1.

   Il existe différents types 

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 EMI2.1 
 >2';.?' '3.'1 :ecteura à surface d'ouverture variable qui, à con- dition que la construction soit précise, sont capables de 'fournir une aussi large plage de débit dans la plage de pression indiquée pour la plupart des applications, y compris l'injeoteur d'usage courant à double orifice avec soupape de partage de débit incorporée, le type d'injeoteur à pointeau où la dimension de l'ouverture de sortie varie directement au moyen du pointeau qui agit comme soupape et des moyens a soupape pour faire varier la surface des passages d'entrée vers des chambres de turbulence soit simples ou jumelées, mais le frottement qui se développe 
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 entre les pièces mobiles de oeux-oi par suite du dépôt oapbonaoe ou autres du carburant aux hautes températures de   fonctionnement)

     
 EMI2.3 
 les rend peu finbles pour l'utilisation dans le aystérae d'alimentation don brûleurs de post-combustion ou des brûleurs de tuyères. ±n outre, de tels injeateura sont relativement compliquée et ooo.teux fi fabriquer, alors qu'on peut en avoir besoin de plltO.CU.f.10 centaines pour un seul moteur. 



  Dans le pues. on s'est également uorvï d'1njeotuura h soufflet oa ii mombruna en vue de faire vurisr lu surface de de sortie par suite de variations de pression, rouie on n'u obtenu qu'une #ilabilib6 fort flHù:l.o'Ol'e, p1"1noiImlament à ClaUDe du fait que les di tlJl.i mekbraneg dtaietit ltIul1yn:!.ses la pleine chute de pression dos ir.l.1ijoteut's, ce qui avait souvent pou résultat In dôtdrioration. de Ici membrane ot pur oonsaquent une augmentation oonaiddrmblo du ddbit de oombuatible. 



  Cenfox'taMnt la présente invention, l'injecteur de oombuctiblo compr4and un corpîj pourvu d'une entrée pour combuatïb] sous pression Q:!.nt1:Î. qu'une oham'hre de combustible qui communique aveo la dite eiitrde, des mOY)I1o 1 nlom1;u;..mo flexible répondant à l'augnientation de ppossion dano la dite chainbre de oombuatible afin d'assurer une augmentation du ddbit de ocinbuatible à partir de la dite chambre, une chambre de turbulence agrandie en aval du dit moyen à membrane, pour renovoir le combustible qui elle- 

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 ooule de la dite ohambre de combustible le long du dit moyen à membrane, des passages pour assurer un flux continu de   oombus-   tible de la dite chambre de combustible vers la dite chambre de turbulence, indépendamment de la position du dit moyen à membrane,

   le dit passage agissant de manière à donner au fluide qui y pusse un mouvement de tournoiement do manière à faire tournoyer tout le combustible dans la dite   ohambre   de   turbulence,   et des moyens pour assurer une évacuation restreinte de combustible de la dite chambre de turbulence de manière que le dit moyen à mem-   brane   n'est soumis qu'à une partie de la ohute de pression totale de l'injecteur. 



   Deux   injeoteurs   de combustible conformes à la présente invention sont à présent décrite à titre d'exemples en se référant aux dessins annexée dans lesquels! la figure 1 est une vue latérale en élévation du premier   injecteur,   représenté relié à un   collecteur   d'injection anaulaire ou analogue; la figure 2 est une coupe longtiduinale, à plue grande   échelle,   de l'injecteur de la figure 1, faite suivant un plan de la ligne 2-2 de celle-ci; la figure 3 est une coupe transversale partiellement découpée faite suivant le plan de la ligne 3-3 de la figure 2, afin de montrer la position de la membrane flexible et des fentes de tournoiement;

   la figure   4.   est une coupe longitudinale partielle de l'extrémité de gauche de l'injeoteur de la figure 3, mais représentant la membrane en position fléchie; la figure 5 est une coupe longitudinale partielle   montrani   une exécution modifiée du siège de membrane; la figure 6 est une coupe longitudinale partielle du second injeoteur; et la figure 7 est un diagramme typique donnant débit et 

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 pression pour un injeoteur conforme à la présente invention. 



   En se référant aux figures 1 à 4, le premier injeoteur de combustible 1 est représenté raooordé à un oolleoteur annulaire d'injection 2 au moyen d'un adaptateur approprié 1 afin de doser le combustible, pur exemple, dans un brûleur de   post-oombustion   ou un brûleur de tuyère. Alors qu'un seul de ces   injecteurs 1,     est   reprécenté, il faut se rendre compte de ce que plusieurs centaines de ces injeoteurs peuvent être nécessaires dans un système d'injection pour un seul moteur. 



   L"injecteur 1 comprend une partie de corps 1 en un alliage résistant à la chaleur et à la corrosion, dont une extrémité est raooordée par pas de   vis   à   l'adapteur   pour connexien au oolleoteur 2, l'autre extrémité ou extrémité exter- ne étant pourvue d'un capuchon   ,   également en alliage d'acier résistant à la oorrosion et à la ohaleur et fixé aussi par pas de via.   ntro   le capuchon 1 et la partie de corps 4, il y a une chambre   annulairv 6   pour recevoir le prolongement conique 7 de la dite partie de corpa 4 qui   est   pourvue d'un siège oonique
8 pour la membrane mince et flexible 9 en forme de disque et en acier à ressort ou analogue aménagé à l'intérieur de la ohambre annulaire 6.

   La membrane 9 sera de préférence fermement serrée le long de son périmètre externe par   une entretoise   annu- laire   10 à   l'intérieur de la chambre annulaire 6 et le capuchon      lors du serrage de ce dernier sur la partie de corps 4, le . bord 11 de l'ouverture oentrale 12 dans la membrane 9, s'enga- geant avec le joint conique 8 de manière   à   assurer entre oeux-oi une ligne de contact   circulaire.   Une   étanchéité   au combustible satisfaisante peut être établie entre les surfaces jointives   du'   oapuohon 5. de la membrane 9, de l'entretoise 10 et du corps 4. 



   On peut cependant prévoir un anneau de soudage entre les sur- faces adjacentes du capuchon et du corps 4 afin de souder le dit capuchon au dit   aorps 4   sur tout son pourtour, comme 

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 indiqué en 14 à la figure 2, en vue d'assurer au besoin une étanohéité complémentaire.

   On pourra choisir la longueur de l'entretoise 10 de manière à ce que le capuchon 5 soit convenablement serré sur la partie du corps 4, la membrane 9 étant légèrement déformée contre son siège 8 dans le but d'une présollioitation de la dite membrane 9. de manière que soit maintenue   l'étanchéité   entre la   membrane .2   et le siège 8 jusqu'à oe qu'une pression prédéterminée du oombustible à l'intérieur de la chambre annulaire 6 soit atteinte, celle-ci étant de préférence entre 150 et 200 livres par pouoe oarré. 



   Il est bien évident, que la présollioitation sur la   membrane .2   peut étrevaméeen utilisant des entretoises 10 de longueurs différentes.   En   variante, la présollioitation de la membrane peut être modifiée dans une mesure moindre en faisant varier le serrage du capuchon 5. 



   Le combustible est amené à la ohambre annulaire 6 à partir du   oolleoteur 2   au travers du passage oentral 15 dans la partie de corps i et des passages radiaux 16 dans le prolongement conique 7, d'où. le combustible passe dans la chambre de turbulence 17 dans le capuchen 5 suite au fléchissement de la   membrane]   s'écartant de son siège   ,   et sort par les   orifices   de sortie 18 dans le brûleur de post-combustion, non   représenté.   



  Cependant, en attendant que la pression à l'intérieur de la ohambre annulaire 6 soit suffisante pour fléchir la membrane 2 comme déorit, le débit ne se fera que par une paire de fentes tangentielles 19 prévues dans le   aibge   conique 8. Ceci représente la phase "primaire" du   fonctionnement   de l'injeoteur 1, au cours de laquelle le dit injeoteur 1 fonctionne en injecteur à ouverture simple, dénommé habituellement injecteur 'simplex".

   Puis, à mesure que la pression dans la chambre annulaire 6 atteint le "point de déoollement" de la membrane, la dite membrane 9 sera 

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 soulevée progressivement de son siège 8 pour assurer une surface d'ouverture {annulaire 20 pour un débit additionnel de combustible qui varie alors automatiquement aveo les modifications de la   pression   du combustible. 



   Du fait que les fentes primaires 19 sont tangentielles, on impartit un mouvement de tournoiement au oombustible qui y passe vers la ohambre de turbulence 17 de sorte qu'en quittant l'ouverture 18 le combustible se trouve disloque en fines goutelettes et dispersé en un jet oonique à partir de la   lèvre   de déflexion   d'injection   22 qui dans le cas présent comporte un angle inclus d'approximativement 90 .

   En outre malgré que la surface annulaire d'ouverture 20 ne fait pas tournoyer le combustible lorsque   oului-oi   y passe, il a   été   constaté que le combustible passant par les fentes primaires 19 donne au débit secondaire ou prinoipal de combustible à travers la surface d'ouverture annulaire 20 une vélocité tangentielle suffisante pour maintenir une projeotion à sommet libre dans la ohambre de turbulence commune 17, même lorsque le débit total atteint jusque huit fois le débit , la même pression par les fentes primaires 19 seulement. 



   Dans l'exécution préférentielle représentée, il est prévu un   ohambrage   peu profond 25 dans le capuchen 5   adjacent   à la   membrane .2   du côté aval, qui fait partie do la chambre de turbulence 17 et agit   oomme   arrêt pour limiter l'étendue de la déflexion de la membrane 2 de manière à réduire considérablement la possibilité d'une rupture de la membrane par suite de sollieitations   excessives,   En outre,   1'emplacement   de la membrane 9, entre les fentes 19 et l'ouverture de sortie 18 toute adjacente aux dites fentes 19, ne soumettent la   membrane   qu'à une partie de la ohute de pression totale de l'injeoteur de combustible,

   correspondant essentiellement à la   ohute   de pression statique dans les fentes primaires 19.   Celle-ci   varie entre environ   15%   et 

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   25%   de la chute de pression totale de l'injeoteur, ce qui réduit encore davantage les   chances   d'une rupture de la membrane.

     Cepen-   dant,,  mente   au cas d'une rupture totale de la membrane 9, la oapaoité de l'ouverture de sortie 18 sera de préférence telle qu'il ne pourra y avoir une augmentation de débit total   d'injeoteur   supérieure à quelque 50 %
Quoique dans l'exécution des figures 1   à   4 la membrane est représentée sous présollioitation et appliquée oontre le siège oonique 8 afin d'y établir un oontaot étanohe aux faibles pressions pendant la phase primaire du fonctionnement de l'injeoteur 1, on estime en général qu'il n'est pas désirable de soumettre la membrane à une   préeollioitation   lorsque les températures de fonotionnement sont relativement élevées;

     o.à.d.,   approximativement   18000   F., sans débit de combustible, Conséquemment, et plus particulièrement pour les applications à haute température, l'extrémité avant 26 du prolongement de corps 7' peut être rendue plate aveo les fentes tangentielles 19' pratiquées dans la surface plate d'extrémité 26 et dans le bord   11'de   l'ouverture centrale 12' dans la membrane 9',   à   faible éoartement ou touchant légèrement la dite extrémité avant aux faibles pressions de oombustible, comme dans l'exécution de la figure 5, de manière à éliminer une présollicitation de la membrane.

   En variante, le prolongement 7 ou 7' peut être totalement éliminé, en quel cas on disposera dans la ohambre annulaire 6' un plateau de tournoie- . ment séparé 27 pourvu d'une surface d'extrémité plate 28 aveo des fentes tangentielles 29, comme représenté dans l'exéoution de la figure 6. En conséquence, le même injecteur de combustible 30 peut être utilisé pour l'alimentation à des taux de débit primaire différents, la seule opération nécessaire étant de remplacer le plateau de tournoiement   27   par un autre ayant des fentes tangentielles 29 de oapaoité différente.

   En outre, l'orifice de sortie aval 31 de la membrane 32 peut également être pourvu 

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 d'une plaque d'orifioe séparée   ,   plut8t que d'être formé direotement dans le capuchon 41, ceci en vue de permettre son remplaoement faoile par une plaque 33 présentant des ouvertures de sortie 31 de dimensions différentes ou dont l'angle de   lèvres   de déflexion 34 est différent. 



   En se référant encore à la figure 6, la membrane 32 se trouve fermement serrée à son périmètre extérieur entre la plaque de tournoiement 27 et la plaque d'ouverture 33, la surface interne 35 d'une telle membrane 32 étant appliquée, aux abords de son ouverture oentrale 36m contre la surface d'extrémité plate 28 du dit plateau de tournoiement 27 mais de   préférence   aveo un peu ou point de présollicitation.

   Dans le dit plateau de tournoiement 27, et au droit de la surface interne de la membrane 32, il est prévu une chambre annulaire 37 dans laquelle est amené le combustible à partir du collecteur 2 (voir figure 2) par le passage central 38 dans la partie de corps 39 de l'injeoteur 30 et par les trous 40   dans   le plateau de tournoiement 27, avant de passer par les fentes tangentielles 29 et la surface d'ouverture annulaire qui est formée lorsque la membrane 32 se trouve écartée de son siège 28.

   Les trous 40 du plateau de tournoiement peuvent être disposés à un angle comme indiqué, afin de créer un mouvement de tournoiement dans le combustible au moment d'entrer dans la chambre de plateau de tournoiement 37, de sorte que le débit primaire de combustible   possédera   déjà une   vélooité   tangentielle au moment de son entrée dans la chambre de turbulence commune 45 et ne devra donc pas dériver tout son mouvement de tournoiement à partir du oombustible passant par les fentes primaires 29, comme dans l'exécution des figures 1 à 4. 



   Afin de compenser le faible manque d'alignement pouvant se présenter entre les surfaces sur le capuchon 41 et sur la partie de corps 39 qui serrent la plaque d'ouverture 33 et le plateau de tournoiement 27. il est prévu un arrêt 42 entre le 

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 plateau de tournoiement 27 et la partie de oorps qui est en forme de rotule pourvue d'une surface sphérique pour s'adap- ter dans la douille conique 44 de la partie de corps 39 Ceci permet d'appliquer une pression de serrage uniforme à la mem- brane 32, ce qui élimine pratiquement tout fonotionnement irré- gulier de la membrane ainsi que toute fuite autour de   oelle-oi.   



  En dehors de oeoi, la construction et le fonctionnement de l'injeoteur 30 de la réalisation de la figure 6 sont prinoipale- ment les mêmes que ceux des injecteurs   représentés   aux figurée 2 et 5, en foi de quoi, on ne s'y référera plus.   n   fonctionnement, on préfère que la présollicitation de la membrane 3 dans les figures 1 à 4 boit telle que la dite membrane reste eur son siège jusqu'à ce que la pression de coin-   buatible   atteint environ 150 livres par pouoe carre.

   En deçà de cette pression, l'injeoteur   1 fonotionne   oomme un injeoteur simplex aveo son débit qui ne   passe   que par les fentes primaires 19 nomme   précédemment.   Cependant, à 150 livres par pouoe carré de pression de   combustible   et   au-delà,   la membrane 2 est Boule- vée de son siège pour permettre au débit de   oombuatible     eeoon..   daire d'atteindre la ohambre de turbulence 17, ce débit augmen- tant progressivement   à   mesure qu'augmente la pression de combus- tible,le mouvement de tournoiement étant imparti au débit seoon- daire par le débit primaire.

   Une oourbe typique débit-pression pour un injeoteur fabriqué   conformément   aux figures 1   à   4 est représentée   à   la figure 7. Des variations   considérables   sont ce- pendant possibles dans la forme   d'une   telle courbe en faisant varier des facteurs tels que le diamètre de l'ouvorture de sortie 18, les dimensions de la ohambre de turbulence, le taux de pres- sion du ressort de membrane 9, la présollioitation de la membrane, la dimension du trou dans la membrane, l'angle du cône ou du      siège 8 et la dimension des fentes primaires 19.

   En outre, l'angle du cône d'injection peut être oommandé en faisant varier dans 

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 de larges limites le profilage de la   lèvre   externe 22 de l'ouverture de sortie 18. 



   De la discussion ci-dessu, on pourra constater que les diverses formes d'injecteurs de combustible qui y sont révélées sont de construction relativement simples et ne   comportent   pas de pièces coulissantes, de sorte que les   dépota   de carbone du oombustible fonctionnant à hautes températures ne pourront influencer le fonctionnement de la soupape, Une membrane flexible permet de réaliser un injeoteur dont la surface de débit augmente avec   l'augmentation   de la pression de combustible, une ouverture de sortie étant prévue en aval de la membrane, non seulement pour-diminuer la chute de pression sur la membrane, mais également pour limiter l'augmentation du débit total de l'injecteur à un niveau de sécurité en cea de brio de membrane. 



   Diverses modifications peuvent évidemment être prévues à l'avenir,   sans   toutefois s'écarter du   cadre   de la présente invention. 



   REVENDICATIONS. 

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.



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  II Fuel injector "Y i w w i w w
 EMI1.2
 The present invention relates to a fuel injector, more to a dE injector! fuel type h aupfaoe v! 1: ritblo suitable for any reason to supply coinbuatiblo of brllettro of 1JOst "OOtnlJust: Lon do r & uotio engines. \ '\ oix of piping braleure In the burns at poetoombu9tion of the engines of Current avia% ion with turboanotor or atatordactor, the fuel flow required at each injection point can grate for example from a minimum of ten 1: 1. vrea to the hsu: r b. a 1'IIadmum of 150 pounds per hour, which gives a diEbi range of at least 15 l, while the minimum roquioe pressure is in the order of 150 pounds per square inch and the maximum available is about 650, pounds per pouou aorrê, a range of
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 pressure of more than 4 1 1.

   There are different types

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 > 2 ';.?' '3.'1: ectora with variable opening area which, provided the construction is precise, are able to provide such a wide range of flow rates within the pressure range indicated for most applications, including The commonly used double orifice injector with incorporated flow sharing valve, the type of needle injector where the size of the outlet opening varies directly by means of the needle which acts as a valve and the valve means for vary the area of the inlet passages to either single or twin turbulence chambers, but the friction that develops
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 between the moving parts of oeux-oi due to oapbonaoe or other deposition of fuel at high operating temperatures)

     
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 Makes them unfinable for use in the feed system, afterburner burners or nozzle burners. ± In addition, such injectors are relatively complicated and ooo.two to manufacture, whereas one may need plltO.CU.f.10 hundred for a single engine.



  In the pues. we also uorvï d'1njeotuura h bellows oa ii mombruna in order to make the outlet surface vurisr as a result of pressure variations, we only obtained a strong # ilabilib6 flHù: l.o'Ol 'e, p1 "1noiImlament at ClaUDe that the di tlJl.i mekbraneg dtaietit ltIul1yn:!. its the full pressure drop back to the ir.l.1ijoteut's, which often resulted in the deterioration of the membrane and its purely consequent an oonaiddrmblo increase in oombuatible flow rate.



  In accordance with the present invention, the oombuctiblo injector comprises a body provided with an inlet for combuatib] under pressure Q:!. Nt1: Î. that an oham'hre of fuel which communicates with the said eiitrde, mOY) I1o 1 nlom1; u; .. mo flexible responding to the increase in ppossion in the said oombuatible chain in order to ensure an increase in the flow rate of ocinbuatible from said chamber, an enlarged turbulence chamber downstream of said membrane means, to renew the fuel which it-

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 ooule from said fuel chamber along said membrane means, passages for ensuring a continuous flow of fuel from said fuel chamber to said swirl chamber, independently of the position of said membrane means,

   said passage acting so as to give the fluid which could therein a swirling motion so as to swirl all the fuel in said swirl chamber, and means for ensuring restricted discharge of fuel from said swirl chamber so that said membrane means is only subjected to a part of the total pressure drop of the injector.



   Two fuel injectors in accordance with the present invention are now described by way of example with reference to the accompanying drawings in which! Fig. 1 is a side elevational view of the first injector, shown connected to an anaular injection manifold or the like; Figure 2 is a longitudinal section, on a larger scale, of the injector of Figure 1, taken along a plane of line 2-2 thereof; Figure 3 is a partially cut away cross section taken along the plane of line 3-3 of Figure 2, to show the position of the flexible membrane and the twirl slots;

   Figure 4 is a partial longitudinal section of the left end of the injector of Figure 3, but showing the membrane in the flexed position; Figure 5 is a partial longitudinal section showing a modified embodiment of the membrane seat; FIG. 6 is a partial longitudinal section of the second injector; and figure 7 is a typical diagram giving flow and

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 pressure for an injector according to the present invention.



   Referring to Figures 1 to 4, the first fuel injector 1 is shown connected to an annular injection nozzle 2 by means of a suitable adapter 1 in order to dose the fuel, for example, in a post-combustion burner or a nozzle burner. While only one of these injectors 1 is shown, it must be realized that several hundred of these injectors may be required in an injection system for a single engine.



   The injector 1 comprises a body part 1 made of a heat and corrosion resistant alloy, one end of which is threaded to the adapter for connecting to the motor 2, the other end or the external end. being provided with a cap, also in steel alloy resistant to corrosion and heat and also fixed by steps of via.ntro the cap 1 and the body part 4, there is an annular chamber 6 to receive the conical extension 7 of said part of body 4 which is provided with an oonic seat
8 for the thin and flexible membrane 9 disc-shaped and made of spring steel or the like arranged inside the annular chamber 6.

   The membrane 9 will preferably be firmly clamped along its outer perimeter by an annular spacer 10 inside the annular chamber 6 and the cap when the latter is tightened to the body part 4, the. edge 11 of the central opening 12 in the membrane 9, engaging with the conical seal 8 so as to ensure a circular contact line between them. A satisfactory fuel seal can be established between the contiguous surfaces of the seal 5 of the membrane 9, the spacer 10 and the body 4.



   A welding ring can however be provided between the adjacent surfaces of the cap and of the body 4 in order to weld said cap to said body 4 over its entire circumference, as

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 indicated at 14 in FIG. 2, with a view to ensuring additional etanoheity if necessary.

   We can choose the length of the spacer 10 so that the cap 5 is suitably tightened on the part of the body 4, the membrane 9 being slightly deformed against its seat 8 for the purpose of a pre-contact of said membrane 9 . so that the seal is maintained between the membrane .2 and the seat 8 until a predetermined pressure of the fuel inside the annular chamber 6 is reached, the latter preferably being between 150 and 200 pounds per square inch.



   It is obvious that the pre-stress on the membrane .2 can be developed by using spacers 10 of different lengths. Alternatively, the pre-stress of the membrane can be altered to a lesser extent by varying the tightness of the cap 5.



   Fuel is supplied to the annular chamber 6 from the oolleotor 2 through the central passage 15 in the body part i and radial passages 16 in the conical extension 7, hence. the fuel passes into the swirl chamber 17 in the cap 5 following the flexing of the diaphragm moving away from its seat, and exits through the outlets 18 into the post-combustion burner, not shown.



  However, while waiting for the pressure inside the annular chamber 6 to be sufficient to bend the membrane 2 as deorit, the flow will only be through a pair of tangential slots 19 provided in the conical aibge 8. This represents the phase. "primary" of the operation of the injector 1, during which the said injector 1 operates as a single opening injector, usually called a 'simplex' injector.

   Then, as the pressure in the annular chamber 6 reaches the "deoollement point" of the membrane, said membrane 9 will be

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 gradually raised from its seat 8 to provide an opening surface {annular 20 for an additional fuel flow rate which then varies automatically with changes in fuel pressure.



   Due to the fact that the primary slits 19 are tangential, a whirling motion is imparted to the fuel which passes through it towards the turbulence chamber 17 so that on leaving the opening 18 the fuel is dislocated into fine droplets and dispersed in a jet. oonic from the injection deflection lip 22 which in this case has an included angle of approximately 90.

   Further although the annular opening surface 20 does not spin the fuel as it passes through it, it has been found that the fuel passing through the primary slots 19 gives the secondary or primary flow of fuel through the surface of the opening. The annular opening 20 has a tangential velocity sufficient to maintain a free-to-top projection in the common swirl chamber 17, even when the total flow rate reaches up to eight times the flow rate, the same pressure through the primary slots 19 only.



   In the preferred embodiment shown, a shallow shaft 25 is provided in the cap 5 adjacent to the membrane .2 on the downstream side, which forms part of the swirl chamber 17 and acts as a stopper to limit the extent of the deflection. of the membrane 2 so as to considerably reduce the possibility of rupture of the membrane as a result of excessive stresses, In addition, the location of the membrane 9, between the slits 19 and the outlet opening 18 completely adjacent to said slots 19, subject the membrane to only part of the total pressure ohute of the fuel injector,

   corresponding essentially to the ohute of static pressure in the primary slots 19. This varies between about 15% and

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   25% of the total injector pressure drop, further reducing the chances of a diaphragm rupture.

     However, in the event of a total rupture of the membrane 9, the oapaoity of the outlet opening 18 will preferably be such that there cannot be an increase in total injector flow rate greater than about 50. %
Although in the execution of FIGS. 1 to 4 the membrane is shown under pre-load and applied against the oonic seat 8 in order to establish there an etanohe oontaot at low pressures during the primary phase of the operation of the injector 1, it is generally estimated that it is undesirable to subject the membrane to pre-collioitation when the operating temperatures are relatively high;

     o. to.d., approximately 18,000 F., with no fuel flow, Therefore, and more particularly for high temperature applications, the front end 26 of the body extension 7 'can be made flat with the tangential slots 19' made in the flat end surface 26 and in the edge 11 'of the central opening 12' in the membrane 9 ', with a small gap or slightly touching said front end at low fuel pressures, as in the execution of FIG. 5, so as to eliminate a pre-solicitation of the membrane.

   As a variant, the extension 7 or 7 'can be completely eliminated, in which case a spinner plate will be placed in the annular chamber 6'. separately 27 provided with a flat end surface 28 with tangential slots 29, as shown in the example of Fig. 6. Accordingly, the same fuel injector 30 can be used to feed at low rates. different primary flow, the only operation necessary being to replace the swirl plate 27 by another having tangential slots 29 of different oapaoité.

   In addition, the downstream outlet 31 of the membrane 32 can also be provided

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 of a separate orifioe plate, rather than being formed sayotement in the cap 41, this in order to allow its faoile replacement by a plate 33 having outlet openings 31 of different dimensions or whose lip angle of deflection 34 is different.



   Referring further to Figure 6, the membrane 32 is tightly clamped at its outer perimeter between the turntable 27 and the opening plate 33, the inner surface 35 of such a membrane 32 being applied, adjacent to it. its central opening 36m against the flat end surface 28 of said swirl plate 27 but preferably with a little or no pre-solicitation.

   In said swirl plate 27, and in line with the internal surface of the membrane 32, there is provided an annular chamber 37 into which the fuel is fed from the collector 2 (see FIG. 2) through the central passage 38 in the body part 39 of the injector 30 and through the holes 40 in the swirl plate 27, before passing through the tangential slots 29 and the annular opening surface which is formed when the membrane 32 is moved away from its seat 28 .

   The holes 40 of the whirling plate may be arranged at an angle as shown, in order to create a whirling motion in the fuel upon entering the whirling plate chamber 37, so that the primary flow of fuel will already have. a tangential velooity at the time of its entry into the common turbulence chamber 45 and therefore should not derive all its spinning movement from the fuel passing through the primary slots 29, as in the execution of Figures 1 to 4.



   In order to compensate for the slight misalignment which may arise between the surfaces on the cap 41 and on the body portion 39 which clamp the opening plate 33 and the spinner plate 27, a stop 42 is provided between the

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 turntable 27 and the body portion which is ball-shaped provided with a spherical surface to fit into the taper bush 44 of the body portion 39 This allows uniform clamping pressure to be applied to the body. diaphragm 32, which virtually eliminates any irregular func- tioning of the diaphragm as well as any leakage around it.



  Apart from this, the construction and operation of the injector 30 of the embodiment of FIG. 6 are mainly the same as those of the injectors shown in figures 2 and 5, in witness whereof, no reference is made thereto. more. In operation, it is preferred that the pre-stressing of the membrane 3 in Figures 1 to 4 drink such that said membrane remains in its seat until the coin-buatible pressure reaches about 150 pounds per square inch.

   Below this pressure, the injector 1 functions as a simplex injector with its flow rate which passes only through the primary slots 19 named above. However, at 150 pounds per square inch of fuel pressure and beyond, the diaphragm 2 is raised from its seat to allow the flow of the oombuatible eeoon to reach the turbulence chamber 17, this flow rate increases. both gradually as the fuel pressure increases, the spinning motion being imparted to the secondary flow by the primary flow.

   A typical flow-pressure curve for an injector manufactured in accordance with Figures 1 to 4 is shown in Figure 7. However, considerable variation is possible in the shape of such a curve by varying factors such as the diameter of the gasket. the outlet opening 18, the dimensions of the swirl chamber, the pressure rate of the diaphragm spring 9, the pressure of the diaphragm, the size of the hole in the diaphragm, the angle of the cone or seat 8 and the size of the primary slots 19.

   In addition, the angle of the injection cone can be controlled by varying in

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 wide limits the profiling of the outer lip 22 of the outlet opening 18.



   From the above discussion, it will be seen that the various forms of fuel injectors disclosed therein are relatively simple in construction and do not have sliding parts, so that the carbon deposits of the fuel operating at high temperatures do not. may influence the operation of the valve, A flexible membrane makes it possible to produce an injector whose flow surface increases with the increase in fuel pressure, an outlet opening being provided downstream of the membrane, not only to reduce the pressure drop on the diaphragm, but also to limit the increase in the total flow rate of the injector to a level of safety in the form of membrane brio.



   Various modifications can obviously be foreseen in the future, without however departing from the scope of the present invention.



   CLAIMS.

** ATTENTION ** end of DESC field can contain start of CLMS **.

 

Claims (1)

1.- Un injecteur de combustible comprenant un oorpa ayant une ontrée pour le combustible sous pression ainsi qu'une chambre à combustible communiquant avec la dite entrée, des moyens à membrane flexible fonctionnant par l'augmentation de pression dans la dite ohambre de combustible pour assurer une augmentation du débit de combustible à partir de la dite chambre de combustible, une chambre de turbulence en aval des dits moyens à membrane pour recevoir le combustible provenant de la dite chambre de combustible passant devant les dits moyens à membrane, des passages pour assurer un débit continu de combustible à partir de la dite ohambre de combustible vers la dite chambre de turbulence, 1.- A fuel injector comprising an oorpa having an inlet for the fuel under pressure as well as a fuel chamber communicating with said inlet, flexible membrane means operating by increasing the pressure in said fuel chamber for ensure an increase in the flow of fuel from said fuel chamber, a turbulence chamber downstream of said membrane means to receive the fuel from said fuel chamber passing in front of said membrane means, passages to ensure a continuous flow of fuel from said fuel chamber to said swirl chamber, 1 indépendamment de la position des dite moyens à membrane, les dits passages étant prévus pour impartir un mouvement de tournoiement au fluide qui y passe, de manière à <Desc/Clms Page number 11> impartir également un mouvement de tournoiement à tout le combustible dans la dite onambre de turbulence, et des moyens pour assurer une évaouation restreinte du combustible à partir de la dite chambre de turbulence, de telle manière que la dite membrane n'est soumise qu'à une partie de la chute du pression totnle de l'injeoteur. 1 independently of the position of said membrane means, said passages being provided to impart a swirling movement to the fluid passing through them, so as to <Desc / Clms Page number 11> also impart a spinning motion to all the fuel in said swirl chamber, and means for ensuring a restricted evaouation of the fuel from said swirl chamber, such that said diaphragm is only subject to part of the total pressure drop of the injector. 2.- Un injeoteur conforme à la revendication 1, oomportant en outre des moyens d'arrêt à l'intérieur du dit corps pour limiter le degré de fléchissement des dits moeyens à membrane afin d'assurer un débit de combustible passant le dit moyen à membrane en rapport avec l'augmentation de pression dans la dite chambre de combustible oomme dit précédemment. 2.- An injector according to claim 1, further comprising stop means inside said body to limit the degree of deflection of said membrane moeyens in order to ensure a flow of fuel passing said means to membrane in relation to the increase in pressure in said fuel chamber oomme said previously. 3.- Un injecteur oonforme à la revendication 1 dana lequel le dit corps est pourvu d'un prolongement qui fait saillie dens lu dite chambra de combustible et le dit moyen à membrane flexible comporte une ouverture centrale définissant avec le dit prolongement central une ouverture annulaire de surface croissante en vue d'un débit augmenté de combustible de la dite chambre de combustible vers la dite ohambre de turbulence, le dit prolongement central ayant une surface d'extrémité oonique qui assure un siège oonique pour le dit moyen à membrane aux faibles pressions de combustible dans la dite chambre de combustible, 3.- An injector oonforme of claim 1 in which said body is provided with an extension which protrudes from said chamber of fuel and said flexible membrane means comprises a central opening defining with said central extension an annular opening of increasing surface area for an increased flow of fuel from said fuel chamber to said swirl chamber, said central extension having an oonic end surface which provides a oonic seat for said membrane means at low pressures of fuel in the said fuel chamber, et le dit passage oomportant des fentes tangentielles dans la dite surface d'extrémité oonique assurant la communication entre la dite chambre de combustible et l'ouverture centrale dans le dit moyen à membrane, indépendamment de la position du dit moyen à membrane. and said passage having tangential slots in said oonic end surface ensuring communication between said fuel chamber and the central opening in said membrane means, regardless of the position of said membrane means. 4.- Un'injecteur conforme à la revendication 3 dans :Lequel le bord de la dite ouverture centrale dans le dit moyen à membrane est placé à faible écartement radial de la périphérie externe du dit prolongement central, en vue d'un débit minimum entre oeux-oi lorsque la pression dans la dite chambre à combustible est faible. <Desc/Clms Page number 12> 4.- Un'injector according to claim 3 in: Which the edge of said central opening in said membrane means is placed at low radial spacing from the outer periphery of said central extension, for a minimum flow between oeux-oi when the pressure in said fuel chamber is low. <Desc / Clms Page number 12> 5.- Un injeoteur de combustible- comprenant un corps ayant une entrée pour.le combustible sous pression ainsi qu'une chambre de combustible communiquant aveo la dite entrée, un moyen à membrane flexible fonctionnant selon les augmentations de pres0 sion dans la dite chambre de combustible, afin de prévoir une ouverture annulaire à surface oroissants pour le débit de com- buatible à. partir de la dite ohambre de combustible, une ouverture de sortie dans le dit corps en aval du dit moyen à membrane et à travers laquelle passe le combustible à partir de la dite chambre de combustible, 5. A fuel injector comprising a body having an inlet for pressurized fuel as well as a fuel chamber communicating with said inlet, flexible membrane means operating according to increases in pressure in said pressure chamber. fuel, in order to provide an annular opening with oroissant surface for the flow of the compound to. from said fuel chamber, an outlet opening in said body downstream of said membrane means and through which the fuel passes from said fuel chamber, par suite de quoi le dit moyen à membrane n'est soumis qu'à une partie de la ohute de pression totale sur le dit injecteur, des passages de communication entre la dite chambre de combustible et la dite ouverture de sortie, indépen- damment de la position du dit moyen à membrane, une chambre à turbulence en aval du dit moyen à membrane et des passages dans lesquels russe le comubstible de la dite chambre de combustible, ces dits passages oomportant une pluralité de fentes disposées tangentiellement et fonctionnant pour impartir au combustible qui y passe un mouvement de tournoiement suffisant pour maintenir un débit à sommet libre dans la dite chambre de turbulence, même lorsque le débit par l'ouverture à surface annulaire est grand. as a result of which said membrane means is only subjected to a part of the total pressure ohute on said injector, of the communication passages between said fuel chamber and said outlet opening, independently of the position of said diaphragm means, a swirl chamber downstream of said diaphragm means and the passages in which the comubstible of said fuel chamber Russian, these said passages having a plurality of slots arranged tangentially and functioning to impart to the fuel which passes therein a swirling movement sufficient to maintain a free-top flow rate in said swirl chamber, even when the flow rate through the annular surface opening is large. 6.- Un injecteur conforme à la revendication 5, oomprenant en outre un plateau de tournoiement amovible dans le dit corps pourvu des dits passages, permettant ainsi l'utilisation de plateaux de tournoitement à passages de dimensions différentes, le dit pluteau de tournoiement étant pourvu d'un siège en vue de l'application du dit moyen à membrane flexible lorsque la pression de combustible est faible, et la dite chambre de oombustible étant formée dans le dit plateau à tournoiement qui communique par les dits passages aveo la dite entrée. 6.- An injector according to claim 5, further comprising a removable swirl plate in said body provided with said passages, thus allowing the use of swirl plates with passages of different dimensions, said rather swirl being provided of a seat for the application of said flexible membrane means when the fuel pressure is low, and said fuel chamber being formed in said swirl plate which communicates through said passages with said inlet. 7.- Un injecteur conforme à la revendication 6 dans <Desc/Clms Page number 13> lequel il est prévu des passages supplémentaires dans le dit plateau à tournoiement amovible, afin de mettre en communication la dite ohambre de combustible avec l'entrée, les dits passages supplémentaires étant disposés à un angle afin de créer un mouvement de tournoiement dans le combustible lorsque oelui-oi entre dans la dite ohambre, de sorte que le combustible passant à travers l'ouverture à surface annulaire aoquérra une vélocité tangentielle. 7.- An injector according to claim 6 in <Desc / Clms Page number 13> in which additional passages are provided in said removable swirl plate, in order to place said fuel chamber in communication with the inlet, said additional passages being arranged at an angle in order to create a swirling movement in the fuel when oelui-oi enters said chamber, so that the fuel passing through the annular surface opening will have a tangential velocity. 8.- Un injeoteur conforme à la revendication 6, oompre- nant en outre une plaque amovible à ouverture dans le dit corps, en aval du dit moyen à membrane, et comportant la dite ouverture de sortie, de sorte qu'il est possible de remplacer la dite plaque à ouverture par une autre ayant n'importe quelle ouverture de sortie, des moyens d'arrêt étant prévus entre le dit plateau à tournoiement et le corps présentant une surface sphérique qui s'applique dans une douille conique dans le dit corps pour compenser tout défaut d'alignement pouvant se présenter, de telle sorte que tout fonctionnement irrégulier de la dite membrane ainsi que tout manque d'étanohéité autour de oelle-oi soient pratiquement éliminés, 9. 8.- An injector according to claim 6, further comprising a removable plate opening in said body, downstream of said membrane means, and comprising said outlet opening, so that it is possible to replacing said aperture plate with another having any outlet opening, stopping means being provided between said spinner plate and the body having a spherical surface which fits into a conical socket in said body to compensate for any misalignment that may arise, so that any irregular operation of said membrane as well as any lack of etanoheity around oelle-oi are practically eliminated, 9. - Un injecteur de combustible principalement comme déorit oi-dessus en se référant aux figures 1 à 4 des dessins annexée. - A fuel injector mainly as deorit oi above with reference to Figures 1 to 4 of the accompanying drawings. 10.- Un injecteur de oombustible principalement comme déorit ci-dessus en se référant aux figures 1 à 5 des dessins annexés. 10.- A fuel injector mainly as deorit above with reference to Figures 1 to 5 of the accompanying drawings. 11.- Un injeoteur de combustible prinoipalement comme déorit ci-dessus en se référant à la figure 6 des dessins annexés. 11.- A fuel injector principally as described above with reference to FIG. 6 of the accompanying drawings. 12.- La présente invention dans sa forme nouvelle comme déorite, 12.- The present invention in its new form as deorite,
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2566841A1 (en) * 1984-06-28 1986-01-03 Gen Electric FUEL INJECTOR

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