BR112014020433B1

BR112014020433B1 - injetor de carburante para uma turbomáquina e turbomáquina

Info

Publication number: BR112014020433B1
Application number: BR112014020433-0A
Authority: BR
Inventors: José Roland Rodrigues; Emilie Charlotte Pousseo
Original assignee: Snecma
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2021-06-08
Also published as: CA2864629A1; RU2620475C2; FR2987430A1; WO2013124566A1; US20150292412A1; FR2987430B1; CA2864629C; EP2817498B1; CN104114835B; CN104114835A; US9488107B2; RU2014138504A; EP2817498A1

Abstract

INJETOR DE CARBURANTE PARA UMA TURBOMÁQUINA. A invenção se refere a um injetor de carburante para uma turbomáquina, que compreende um corpo que compreende um circuito primário de carburante e um circuito secundário de carburante alimentado por uma válvula de dosagem (15). Um canal de fuga (36, 37, 38) se estende a partir de uma zona (32) ligada fluidicamente ao circuito primário até em uma zona (17) ligada fluidicamente ao circuito secundário. O canal de fuga (36, 37, 38) é projetado para ser aberto em uma posição de fechamento da válvula de dosagem (15) e para ser fechado por deslocamento da válvula de dosagem (15).

Description

[0001] A presente invenção se refere a um injetor de carburante para uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião.

[0002] Uma turbomáquina compreende classicamente uma câmara de combustão anular que compreende em sua extremidade a montante injetores de carburante, regularmente distribuídos, e meios de admissão de ar em torno dos injetores.

[0003] Existem principalmente dois tipos de injetores, a saber os injetores ditos aeromecânicos que compreendem dois circuitos de carburante que oferecem vazões de carburante adaptadas a fases de funcionamento diferentes da turbomáquina, (fase de ignição, fase funcionamento de baixa ou de plena potência), e os injetores ditos aerodinâmicos, que só compreendem um único circuito de carburante para todas as fases de funcionamento da turbomáquina.

[0004] O pedido de patente FR 2 832 492, em nome da Requerente, descreve um injetor de tipo aerodinâmico, que compreende um circuito primário de carburante destinado, por exemplo, a uma fase de ignição e de baixa potência, e um circuito secundário que intervém nas fases de funcionamento ulteriores, de média a alta potência, em complemento ao circuito primário.

[0005] Esse tipo de injetor compreende um corpo que compreende meios de admissão de carburante sob pressão, uma válvula de bloqueio montada no corpo a jusante dos meios de admissão e projetada para se abrir sob uma primeira pressão determinada de carburante e para permanecer aberta acima dessa primeira pressão a fim de alimentar um circuito primário de carburante, uma válvula de dosagem montada no corpo a jusante da válvula de bloqueio e projetada para se abrir acima de uma segunda pressão determinada de carburante, superior à primeira pressão, e para permanecer aberta acima da segunda pressão a fim de alimentar um circuito secundário de carburante.

[0006] A regulagem da vazão de carburante no circuito secundário é realizada por intermédio de fendas de dosagem dispostas na válvula de dosagem e das quais as seções de passagem variam em função da posição dessa válvula, quer dizer em função da pressão de alimentação com carburante. Quanto maior for a pressão de alimentação com carburante, maiores são as seções de passagem das fendas.

[0007] Nas fases de ignição e de funcionamento em baixo regime, a válvula de dosagem está fechada. O carburante presente no circuito secundário não circula e é submetido a temperaturas elevadas. Isso pode provocar a coqueificação do carburante no circuito secundário, o que é prejudicial ao bom funcionamento e à duração de vida do injetor.

[0008] Esse fenômeno se apresenta, por exemplo, em caso de descida do avião, por ocasião de um período de funcionamento em baixo regime que sucede a um período de funcionamento em pleno regime. Nesse caso, o ambiente do injetor pode atingir temperaturas compreendidas entre 80 e 600°C.

[0009] Existem meios para limitar o aquecimento de carburante no circuito secundário, tais como a colocação no lugar de uma ou várias telas térmicas. Poderia também ser considerado gerar uma fuga de carburante do circuito primário para o circuito secundário.

[0010] Uma tal fuga impediria a estagnação do carburante dentro do circuito secundário e evitaria assim sua coqueificação.

[0011] No entanto, essa fuga estaria presente em toda a faixa de funcionamento da turbomáquina, quer dizer tanto na ignição e em baixo regime quanto em pleno regime, e geraria uma heterogeneidade dentro da câmara de combustão, o que prejudicaria os desempenhos da turbomáquina.

[0012] A invenção tem notadamente como objetivo trazer uma solução simples, eficaz e econômica para esse problema.

[0013] Com essa finalidade, ela propõe um injetor de carburante para uma turbomáquina tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, que compreende um corpo que compreende meios de admissão de carburante sob pressão, uma válvula de bloqueio montada no corpo a jusante dos meios de admissão e projetada para se abrir sob uma primeira pressão determinada de carburante e para permanecer aberta acima dessa primeira pressão a fim de alimentar um circuito primário de carburante, uma válvula de dosagem montada no corpo a jusante da válvula de bloqueio e projetada para se abrir acima de uma segunda pressão determinada de carburante, superior à primeira pressão, e para permanecer aberta acima da segunda pressão a fim de alimentar um circuito secundário de carburante, caracterizado pelo fato de que ele compreende pelo menos um canal de fuga que se estende a partir de uma zona situada a jusante da válvula de bloqueio e a montante da válvula de dosagem até em uma zona situada a jusante da válvula de dosagem, destinado a gerar uma vazão de fuga no circuito secundário, o canal de fuga sendo projetado para ser aberto em uma posição de fechamento da válvula de dosagem e para ser fechado por deslocamento da válvula de dosagem.

[0014] Dessa maneira, uma vazão de fuga circula através do canal de fuga e alimenta o circuito secundário unicamente quando a válvula de dosagem está fechada, quer dizer unicamente durante as fases de ignição e de funcionamento em baixo regime.

[0015] Ao contrário, por ocasião de uma fase de funcionamento em médio ou alto regime, a pressão de alimentação com carburante é suficiente grande para deslocar e abrir a válvula de dosagem, o que provoca o fechamento do canal de fuga e anula assim a vazão de fuga.

[0016] Um tal injetor evita, portanto, a coqueificação do carburante presente dentro do circuito secundário por ocasião das fases de ignição e em baixo regime, sem, no entanto, prejudicar os desempenhos da turbomáquina em médio ou alto regime.

[0017] De acordo com uma característica da invenção, o corpo compreende pelo menos uma primeira câmara situada a jusante da válvula de bloqueio e a montante da válvula de dosagem, ligada fluidicamente ou que pertence ao circuito primário de carburante, pelo menos uma segunda câmara situada a jusante da válvula de dosagem e própria para ser isolada da primeira câmara pela válvula de dosagem quando essa última é fechada, a segunda câmara sendo ligada fluidicamente ou pertencendo ao circuito secundário de carburante, o canal de fuga sendo disposto na válvula de dosagem de modo a ligar as primeira e segunda câmaras em uma posição fechada da válvula de dosagem.

[0018] De preferência, a válvula de dosagem é fechada em uma primeira parte de seu trajeto e depois aberta progressivamente em uma segunda parte de seu trajeto, o fechamento do canal de fuga sendo operada na primeira parte do trajeto da válvula de dosagem.

[0019] O fechamento do canal de fuga é assim realizado antes que as fendas de dosagem da válvula de dosagem desemboquem na zona situada a jusante da dita válvula e ligada ao circuito secundário.

[0020] De acordo com uma outra característica da invenção, o canal de fuga compreende meios de calibração da vazão de fuga.

[0021] Nesse caso, a válvula de dosagem é montada móvel de modo estanque em uma parte tubular fixa em relação ao corpo, a parte tubular compreendendo pelo menos um orifício de fuga, o canal de fuga disposto na válvula de dosagem compreendendo uma primeira extremidade destinada a desembocar em frente ao orifício de fuga em uma posição fechada da válvula de dosagem e a ser afastada do orifício de fuga por deslocamento da válvula de dosagem, o canal de fuga compreendendo por outro lado uma segunda extremidade que desemboca na segunda câmara.

[0022] Vantajosamente, o canal de fuga compreende uma parte que se estende de acordo com o eixo da válvula de dosagem, que desemboca na segunda câmara e na qual são montados os meios de calibração da vazão de fuga, e uma parte radial que desemboca na parte axial do canal de fuga e em frente ao orifício de fuga.

[0023] A invenção se refere por outro lado a uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, que compreende pelo menos um injetor do tipo precitado.

[0024] A invenção será melhor compreendida e outros detalhes, características e vantagens da invenção aparecerão com a leitura da descrição seguinte feita a título de exemplo não limitativo em referência aos desenhos anexos nos quais: - a figura 1 é uma vista em corte longitudinal de um injetor de carburante da arte anterior, - as figuras 2 a 5 são vistas em corte longitudinal de uma parte de um injetor de acordo com a invenção, em quatro posições sucessivas da válvula de dosagem.

[0025] Um injetor de carburante 1 tal como divulgado no pedido de patente FR 2 832 492 em nome da Requerente é ilustrado na figura 1.

[0026] Esse injetor 1 é de tipo aeromecânico e compreende um circuito primário de carburante destinado por exemplo a uma fase de ignição e de baixa potência, e um circuito secundário que intervém nas fases de funcionamento ulteriores, de média a alta potência, em complemento ao circuito primário.

[0027] O injetor 4 compreende um corpo 2 vazado que compreende um orifício 3 de admissão de carburante, destinado a receber o carburante sob pressão que provém de uma bomba de carburante não representada, e que desemboca em uma câmara de pré-admissão 4 depois de ter atravessado um ralo de filtragem 5.

[0028] O corpo 2 compreende por outro lado uma câmara de admissão 6 situada a jusante (no sentido de circulação do carburante dentro do injetor) da câmara de pré- admissão 4 e separada dessa última por uma válvula de bloqueio 7. Um diafragma 8 é posicionado entre a câmara de pré-admissão 4 e a válvula de bloqueio 7.

[0029] A válvula de bloqueio 7 compreende uma cabeça 9 e uma haste 10 montada de modo móvel dentro de uma parte tubular 11 de um suporte anular 12 fixo em relação ao corpo 2. Esse último repousa sobre uma bucha tubular 13 que se estende para baixo e que repousa ela própria sobre um outro suporte tubular 14, no qual é montada uma válvula de dosagem 15. O suporte 14 repousa finalmente sobre uma peça 16 que delimita uma câmara de recepção 17 situada sob a válvula de dosagem 15 e que serve para o suporte de dois tubos coaxiais 18, 19.

[0030] O tubo interno 18 forma um conduto 20 de circulação de um fluxo de carburante primário, o espaço anular disposto entre os dois tubos 18, 19 formando um conduto 21 de circulação de um fluxo de carburante secundário.

[0031] Um espaço anular 31 que pertence ao circuito primário é delimitado entre a parede externa da bucha 13 e o corpo 2. A parede interna da bucha 13 delimita por outro lado uma câmara interna 32, situada a montante da válvula de dosagem 15.

[0032] A válvula de bloqueio 7 é mantida na posição fechada por uma mola de retorno 22, a abertura da válvula de bloqueio 7 sendo efetuada quando a pressão do carburante a montante dessa válvula excede um primeiro valor P1 determinado.

[0033] A válvula de dosagem 15 é também mantida na posição fechada por uma mola de retorno 23, a abertura da válvula de dosagem 15 sendo efetuada quando a pressão do carburante a montante dessa válvula 15 excede um segundo valor P2 determinada, superior ao primeiro valor P1 precitado.

[0034] A válvula de dosagem 15 compreende uma extremidade inferior que forma uma cabeça destinada a repousar sobre um assento 24 do suporte correspondente, e uma extremidade superior ao nível da qual é fixada uma copela 25. A mola de retorno se apoia por um lado sobre a copela 25 e por outro lado sobre uma superfície radial 26 do suporte 14.

[0035] A válvula de dosagem 15 compreende um furo axial central 27 e aberturas radiais 28 que desembocam no furo central 27 e em fendas de dosagem 29 que apresentam formas adaptadas, dispostas na superfície externa da válvula de dosagem 15.

[0036] A válvula de dosagem 15 é móvel entre duas posições extremas, respectivamente uma posição completamente fechada na qual sua cabeça repousa sobre o assento 24 do suporte 14, sob a ação da mola de retorno 23 correspondente, e uma posição completamente aberta na qual a copela 25 vem em batente contra a extremidade superior 30 do suporte tubular 14.

[0037] Na posição completamente fechada da válvula de dosagem 15, representada na figura 1, as aberturas 28 e as fendas 29 estão situadas em frente ao suporte tubular 14, a extremidade inferior das fendas 29 não desembocando na câmara de recepção 17. Nessa posição, o carburante presente dentro da câmara 32 não pode, portanto, escoar dentro da câmara de recepção 17 e dentro do conduto secundário 21.

[0038] Quando a pressão do carburante situada dentro da câmara 32 aumenta, então essa pressão provoca o deslocamento da válvula de dosagem 15 para sua posição de abertura, quer dizer para baixo, de encontro ao esforço exercido pela mola de retorno 23.

[0039] Quando essa pressão excede o segundo valor P2, então as fendas 29 desembocam dentro da câmara de recepção 17 e carburante pode escoar dentro do conduto secundário 21.

[0040] As geometrias das fendas 29 são tais que as seções de passagem das fendas 29 variam em função da posição da válvula de dosagem 15. Em especial, quanto mais elevada for a pressão do carburante dentro da câmara 27, maiores são as seções de passagem das fendas 29.

[0041] Em funcionamento, vários casos podem se apresentar.

[0042] Em um primeiro caso, a pressão do carburante dentro da câmara de pré- admissão 4 é inferior a P1. A válvula de bloqueio 7 é nesse caso mantida na posição fechada pela mola de retorno 22 e o carburante não escoa nem dentro do conduto primário 21, nem dentro do conduto secundário 21.

[0043] Em um segundo caso, que corresponde a uma fase de ignição ou de funcionamento em baixo regime, a pressão do carburante dentro da câmara de pré- admissão 4 é superior a P1, mas a pressão do carburante dentro da câmara 32 é inferior a P2. A válvula de bloqueio 7 é nesse caso aberta e o carburante pode escoar dentro do espaço anular 31 e depois dentro do conduto primário 20 (circuito primário). A válvula de dosagem 15 permanece, no entanto, fechada, e o carburante não escoa dentro do conduto secundário 21.

[0044] Em um terceiro caso, que corresponde a uma fase de funcionamento em médio ou em pleno regime, a pressão do carburante dentro da câmara de pré- admissão 4 é superior a P1 e a pressão do carburante dentro da câmara 32 é superior a P2. A válvula de bloqueio 7 é aberta e o carburante pode escoar dentro do espaço anular 31 e depois dentro do conduto primário 20 (circuito primário). Por outro lado, a válvula de dosagem 15 é também aberta e o fluido pode escoar através da câmara 32, das aberturas 28, das fendas 29, da câmara de recepção 17 e depois do conduto secundário 21 (circuito secundário).

[0045] Como indicado precedentemente, no segundo caso de funcionamento, o conduto secundário 21 pode ser submetido a um ambiente muito quente e existe um risco de coqueificação do carburante presente dentro do conduto 21.

[0046] As figuras 2 a 5 ilustram uma parte de um injetor de acordo com a invenção, no qual o suporte tubular 17 compreende aberturas 33 situadas, pelo menos em parte, em frente a uma canelura anular 34 disposta na parede externa da válvula de dosagem 15. As fendas 29 se estendem axialmente e desembocam, em sua extremidade superior, na canelura anular 34.

[0047] As aberturas 33 e a canelura anular 34 são dimensionadas de tal modo que, qualquer que seja a posição da válvula de admissão 15, pelo menos uma parte das aberturas 33 é situada em frente à canelura anular 34.

[0048] O suporte tubular 17 compreende por outro lado pelo menos um orifício 35 situado, pelo menos em parte, em frente a uma canelura anular 36 disposta na parede externa da válvula de dosagem 15, na posição completamente fechada da válvula de dosagem 15, quer dizer quando ela repousa sobre seu assento 24.

[0049] A canelura 36 está situada acima da canelura 34. Canais de fuga 37 se estendem radialmente na válvula de dosagem 15 e desembocam na canelura 36, por um lado, e em um furo central axial 38 da válvula de dosagem 15, por outro lado. O furo central 38 desemboca ao nível da cabeça da válvula 15, dentro d acamara de recepção 17. Meios 39 de calibração da vazão de fuga são montados no furo central 38.

[0050] Dessa maneira, quando o orifício 35 está situado em frente à canelura 36, então uma vazão de fuga de carburante pode atravessar sucessivamente o orifício 35, a canelura 36, os canais de fuga 37, o furo 38, os meios de calibração 39 e a câmara de recepção 17 para assegurar uma circulação de carburante dentro do conduto secundário 21.

[0051] Por ocasião do deslocamento da válvula de dosagem 15, a vazão de fuga é interrompida quando a canelura 37 é afastada axialmente do orifício 35 de modo a fechar os canais de fuga 37.

[0052] O trajeto total da válvula de dosagem 15 entre suas duas posições extremas pode ser decomposto em uma primeira parte na qual a válvula 15 permanece fechada, e uma segunda parte na qual a válvula 15 é aberta progressivamente.

[0053] O orifício 35 e a canelura 36 são dimensionados de tal modo que o fechamento dos canais de fuga 37 é operado na primeira parte do trajeto da válvula de dosagem 15, quer dizer antes que as fendas 29 desemboquem dentro da câmara de recepção 17.

[0054] As figuras 2 a 4 representam diferentes posições sucessivas da válvula de dosagem 15, que ilustram o funcionamento do injetor de acordo com a invenção.

[0055] A figura 2 representa a válvula de dosagem 15 em sua posição completamente fechada na qual ela repousa sobre seu assento 24. Nessa posição, o orifício 35 está situado em frente à canelura 36, de modo a estabelecer uma vazão de fuga e uma circulação de carburante através do conduto secundário 21, por ocasião das fases de ignição e de funcionamento em baixo regime da turbomáquina.

[0056] A vazão de fuga é, por exemplo, inferior a 1 litro por hora, de preferência da ordem de 0,5 litro por hora.

[0057] Quando a pressão do carburante a montante da válvula de dosagem aumenta, essa última é deslocada para baixo, de modo a afastar progressivamente a canelura 36 do orifício 35 (figura 3), até que os canais de fuga 37 estejam completamente fechados (figura 4).

[0058] Aumentando-se ainda mais a pressão do carburante a montante da válvula de dosagem 15, por exemplo, por ocasião de uma fase em médio ou em pelo regime, as fendas 29 desembocam dentro da câmara de recepção 17 e o carburante pode circular dentro do conduto secundário 21 (figura 5).

[0059] A invenção propõe assim um injetor que permite evitar a coqueificação do carburante presente dentro do conduto secundário por ocasião das fases de ignição e em baixo regime, sem, no entanto, prejudicar os desempenhos da turbomáquina em médio ou alto regime.

Claims

1. Injetor (1) de carburante para uma turbomáquina tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, que compreende um corpo (2) que compreende meios (3) de admissão de carburante sob pressão, uma válvula de bloqueio (7) montada no corpo (2) a jusante dos meios (3) de admissão e projetada para se abrir sob uma primeira pressão determinada de carburante e para permanecer aberta acima dessa primeira pressão a fim de alimentar um circuito primário de carburante (31, 20), uma válvula de dosagem (15) montada no corpo (2) a jusante da válvula de bloqueio (7) e projetada para se abrir acima de uma segunda pressão determinada de carburante, superior à primeira pressão, e para permanecer aberta acima da segunda pressão a fim de alimentar um circuito secundário de carburante (17, 21), caracterizadopelo fato de que compreende pelo menos um canal de fuga (36, 37, 38) que se estende a partir de uma zona (32) situada a jusante da válvula de bloqueio (7) e a montante da válvula de dosagem (15) até uma zona (17) situada a jusante da válvula de dosagem (15), destinado a gerar uma vazão de fuga no circuito secundário (17, 21), o canal de fuga (36, 37, 38) sendo projetado para ser aberto em uma posição de fechamento da válvula de dosagem (15) e para ser fechado por deslocamento da válvula de dosagem (15).

2. Injetor, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o corpo (2) compreende pelo menos uma primeira câmara (32) situada a jusante da válvula de bloqueio (7) e a montante da válvula de dosagem (15), ligada fluidicamente ou que pertence ao circuito primário de carburante (31, 20), pelo menos uma segunda câmara (17) situada a jusante da válvula de dosagem (15) e própria para ser isolada da primeira câmara (32) pela válvula de dosagem (15) quando essa última é fechada, a segunda câmara (17) sendo ligada fluidicamente ou pertencendo ao circuito secundário de carburante (17, 21), o canal de fuga (36, 37, 38) sendo disposto na válvula de dosagem (15) de modo a ligar as primeira e segunda câmaras (32, 17) em uma posição fechada da válvula de dosagem (15).

3. Injetor, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizadopelo fato de que a válvula de dosagem (15) é fechada em uma primeira parte de seu trajeto e depois aberta progressivamente em uma segunda parte de seu trajeto, o fechamento do canal de fuga (36, 37, 38) sendo operada na primeira parte do trajeto da válvula de dosagem (15).

4. Injetor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o canal de fuga (36, 37, 38) compreende meios (39) de calibração da vazão de fuga.

5. Injetor, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado pelo fato de que a válvula de dosagem (15) é montada móvel de modo estanque em uma parte tubular (14) fixa em relação ao corpo (2), a parte tubular (14) compreendendo pelo menos um orifício de fuga (35), o canal de fuga (36, 37, 38) disposto na válvula de dosagem (15) compreendendo uma primeira extremidade (36) destinada a desembocar em frente ao orifício de fuga (35) em uma posição fechada da válvula de dosagem (15) e a ser afastada do orifício de fuga (35) por deslocamento da válvula de dosagem (15), o canal de fuga (36, 37, 38) compreendendo por outro lado uma segunda extremidade (38) que desemboca na segunda câmara (17).

6. Injetor, de acordo com o conjunto das reivindicações 4 e 5, caracterizado pelo fato de que o canal de fuga (36, 37, 38) compreende uma parte (38) que se estende ao longo do eixo da válvula de dosagem (15), que desemboca na segunda câmara (17) e na qual são montados os meios (39) de calibração da vazão de fuga, e uma parte radial (36, 37) que desemboca na parte axial (38) do canal de fuga (36, 37, 38) e em frente ao orifício de fuga (35).

7. Turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos um injetor (1) como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 6.