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IIInjeoteur de combustible" Y i w w i w w
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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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>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)
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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.
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