BR112016006421B1 - Injetor de combustível, câmara de combustão e turbomáquina - Google Patents

Injetor de combustível, câmara de combustão e turbomáquina Download PDF

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Abstract

injetor de combustível, câmara de combustão, turbomáquina e corpo anular para um injetor de combustível. injetor (10) de combustível, tal como um injetor para uma câmara anular de combustão de turbomáquina, que compreende uma cabeça (16) a jusante que comporta uma saída central (22) e uma saída anular periférica (24) que circunda a saída central (22), e um braço de injetor (12) a montante da cabeça (16) que comporta um canal central (18) e um canal anular (20) coaxiais, caracterizado pelo fato de que o canal central (18) está em comunicação fluídica com a saída periférica (24) e o canal anular (20) está em comunicação fluídica com a saída central (22).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[001] A presente invenção trata de um injetor de combustível puro para uma câmara anular de combustão de turbomáquina tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
[002] De modo conhecido, uma turbomáquina compreende uma câmara anular de combustão disposta na saída de um compressor de alta pressão e dotada de uma pluralidade de injetores de combustível regularmente distribuídos circunferencialmente na entrada da câmara de combustão. Cada injetor de combustível compreende um braço que se estende a partir um cárter anular externo que circunda a câmara de combustão e que comporta em sua extremidade a jusante uma cabeça de injetor.
[003] Nesse tipo de injetor um canal anular circunda externamente um canal central até a saída de combustível na câmara de combustão. O canal central está previsto para a circulação permanente de combustível e o canal anular está previsto para a circulação intermitente de combustível durante fases particulares de voo do avião que requerem um aporte adicional de combustível.
[004] Os termos a montante e a jusante designam posições relativas de elementos entre si em relação à circulação de fluido de montante a jusante no injetor de combustível.
[005] O canal central forma assim um circuito chamado primário de escoamento de combustível e o canal anular forma assim um circuito secundário de escoamento de combustível.
[006] Todavia, o uso intermitente do circuito tem por principal inconveniente induzir, sob o efeito das temperaturas elevadas devidas à irradiação da chama na câmara de combustão, uma coquefação do combustível estagnado no interior do circuito secundário quando ele é cortado. Isso pode resultar em uma coquefação do combustível estagnado do circuito secundário que pode bloquear a circulação de combustível no circuito secundário. Esse problema é particularmente significativo na área do braço do injetor.
[007] Para reduzir esse risco de coquefação, é possível dispor uma tela de proteção térmica em torno do braço do injetor. Entretanto, essa solução impõe um aumento da massa de cada injetor e, portanto, da turbomáquina, que conduz a um aumento do consumo de combustível.
[008] A presente invenção tem, em particular, por finalidade conferir uma solução simples, eficaz e econômica para esse problema.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
[009] Para esse fim, ela propõe um injetor de combustível, tal como um injetor para uma câmara anular de combustão de turbomáquina, que compreende uma cabeça a jusante que comporta uma saída central e uma saída anular periférica que circunda a saída central, e um braço de injetor a montante da cabeça que comporta um canal central e um canal anular coaxiais, definido pelo fato de que o canal central está em comunicação fluídica com a saída periférica e o canal anular está em comunicação fluídica com a saída central.
[010] De acordo com a presente invenção, a saída periférica de combustível que circunda a saída central e destinada a funcionar unicamente de modo intermitente é alimentada com combustível por um canal central do braço do injetor, o qual canal é circundado por um canal anular no interior do qual combustível circula permanentemente para alimentar a saída central da cabeça do injetor. Assim, o canal central do braço é protegido pelo canal anular, o que evita a coquefação do combustível que se encontra nele.
[011] A presente invenção evita o uso de meios de proteção térmica adicionais do braço que são pesados e volumosos, o que simplifica a fabricação do injetor e reduz seu custo de fabricação.
[012] Finalmente, a montagem e a desmontagem do injetor ficam igualmente simplificadas com isso devido à eliminação dos meios de proteção térmica.
[013] De acordo com outra característica da presente invenção, as extremidades a jusante do canal central e do canal anular do braço se comunicam, respectivamente, com pelo menos um primeiro conduto que se comunica a jusante com a saída periférica e pelo menos um segundo conduto que se comunica a jusante com a saída central, e os referidos primeiros e segundo condutos são formados em um corpo anular disposto na junção da cabeça e do braço.
[014] Os primeiro e segundo condutos asseguram uma inversão do escoamento de combustível na cabeça do injetor de modo que o combustível que circula no canal anular do braço circule na saída central e o combustível do canal central do braço saia da cabeça do injetor pela saída periférica que circunda a saída central.
[015] O corpo anular é preferencialmente formado de uma única peça, o que facilita sua integração na junção da cabeça do injetor e do braço de desse injetor.
[016] Em uma realização da presente invenção, a extremidade a jusante do primeiro conduto termina em um canal anular da cabeça do injetor delimitado interna e externamente por duas pontas anulares coaxiais interna e externa, respectivamente, e a extremidade a jusante do segundo conduto termina em uma ponta interna.
[017] De acordo com mais uma característica da presente invenção, o corpo anular compreende uma abertura central a montante que faz com que a extremidade a montante do primeiro conduto se comunique com a extremidade a jusante do canal anular do braço e uma abertura central a jusante que faz com que a extremidade a jusante do segundo conduto se comunique com o canal anular da cabeça do injetor.
[018] Em uma configuração particular de integração do corpo anular no injetor, a extremidade a montante da ponta interna está inserida com estanqueidade em uma passagem tubular que forma a abertura central a jusante do corpo e a extremidade a montante da ponta externa circunda com estanqueidade a extremidade a jusante periférica externa do corpo anular.
[019] Preferencialmente, a abertura central a montante do corpo é formada por uma parte tubular que se projeta a montante em relação a uma parte anular a jusante do corpo, e a parte tubular está encaixada com estanqueidade em torno ou no interior da extremidade a jusante de um tubo que forma o canal central do braço.
[020] Vantajosamente, o injetor compreende uma pluralidade de primeiros e de segundos condutos dispostos alternadamente em torno de um eixo que passa pelas aberturas centrais a montante e a jusante do corpo anular.
[021] A presente invenção trata igualmente de uma câmara de combustão que compreende pelo menos um injetor do tipo descrito acima.
[022] A presente invenção trata ainda de uma turbomáquina, tal como um turborreator ou um turbopropulsor de avião, que compreende uma câmara de combustão do tipo descrito no parágrafo anterior.
[023] A presente invenção trata finalmente de um corpo anular que compreende uma primeira e uma segunda abertura central em cada uma de suas primeira e segundas extremidades e uma pluralidade de primeiros e segundos condutos dispostos alternadamente em torno de um eixo (X) que passa pelas duas aberturas centrais do corpo anular, de modo que os primeiros condutos terminam nas extremidades do corpo na primeira abertura central do corpo e em torno da segunda abertura central e que os segundos condutos terminam nas extremidades do corpo na segunda abertura central do corpo e em torno da primeira abertura central.
[024] De acordo com outra característica, a referida primeira abertura central é formada por uma parte tubular saliente e a segunda abertura central é formada por uma passagem tubular do corpo anular.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[025] A presente invenção será mais bem compreendida e outros detalhes, vantagens e características da presente invenção aparecerão com a leitura da descrição a seguir feita a título de exemplo não limitativo, em relação aos desenhos anexos.
[026] A figura 1 é uma vista esquemática em corte axial de um injetor de acordo com a presente invenção.
[027] A figura 2 é uma vista esquemática em maior escala da área delimitada em pontilhados na figura 1 e que representa mais precisamente condutos de inversão da circulação de combustível de acordo com a presente invenção.
[028] A figura 3 é uma vista esquemática semelhante à da figura 2 de acordo com um plano de corte deslocada angularmente em relação ao plano de corte da figura 2 de modo a representar outros condutos de inversão da circulação de combustível.
[029] A figura 4 é uma vista esquemática em perspectiva a partir da região a montante do corpo que aloja condutos de inversão da circulação do combustível.
[030] A figura 5 é uma vista esquemática em perspectiva a partir da região a jusante do corpo que aloja condutos de inversão da circulação do combustível.
DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO
[031] Será feita em primeiro lugar referência à figura 1 que representa um injetor de combustível 10 de acordo com a presente invenção formado de um braço de injetor 12 portado externamente por um cárter 14 que circunda uma câmara de combustão. O braço do injetor 12 compreende em sua extremidade a jusante uma cabeça 16 de injetor que termina na câmara de combustão. Esse tipo de disposição de um injetor 10 no interior de um cárter 14 e em uma câmara de combustão é bem conhecido do técnico no assunto e não será descrito mais detalhadamente, e as especificidades da presente invenção se referem ao injetor 10 como tal. Todavia, a presente invenção trata igualmente de uma câmara de combustão que compreende tal injetor 10.
[032] Esse braço de injetor 12 possui uma forma de cotovelo em L e compreende um canal central 18 e um canal anular 20 que circunda externamente o canal central 18. A cabeça a jusante 16 do injetor 10 compreende uma saída central 22 e uma saída periférica 24 de combustível que circunda a saída central 22.
[033] No estado da técnica (não representado), o canal central 18 do braço 12 do injetor 10 está em comunicação fluídica com a saída central 22 e forma o circuito primário de circulação de combustível que alimenta permanentemente a câmara de combustão. O canal anular 20 está em comunicação fluídica com a saída periférica 24 e forma o circuito secundário de circulação de combustível que funciona por intermitência.
[034] Como mencionado anteriormente, o combustível estagnado no canal anular 20 do braço 12 do injetor 10 pode sofrer uma coquefação em função da temperatura elevada devida à irradiação térmica da chama de combustão, que conduz a uma má circulação do combustível no circuito secundário.
[035] A presente invenção confere uma solução para essa dificuldade fazendo o combustível do circuito primário circular no canal anular 20 do braço 12 do injetor 10 e o combustível do circuito secundário no canal central 18 do braço 12 do injetor 10. Assim, no braço 12 do injetor 10, o combustível do circuito primário protege o combustível estagnado do circuito secundário e evita a formação de coque, garantindo assim um funcionamento ótimo do injetor 10 de acordo com a presente invenção.
[036] Para esse fim, o injetor 10 de acordo com a presente invenção compreende um corpo anular 26 que se apresenta na forma de uma peça monobloco. Esse corpo 26 compreende duas aberturas centrais a montante 28 e a jusante 30. A abertura a montante 28 é formada por uma parte tubular que se projeta a montante a partir uma face anular radial 32 de uma parte anular a jusante 34 do corpo anular 26. A abertura a jusante 30 da parte a jusante 34 do corpo anular 26 é formada por uma passagem tubular ou alojamento. A parte tubular 28 e a passagem tubular 30 são formadas coaxialmente e se estendem ao longo do eixo X do corpo anular 26.
[037] A parte anular a jusante 34 do corpo anular 26 compreende primeiros 36 e segundos 38 condutos (figuras 2 e 3). Os primeiros condutos 36, de preferência convergentes para jusante em direção ao eixo X, terminam em suas extremidades a montante na parte tubular 28 e em suas extremidades a jusante ao nível de uma face anular radial a jusante 40 da parte a jusante 34 do corpo anular que circunda a saída a jusante da passagem tubular 30. Esses primeiros condutos 36 compreendem partes a montante 42 divergentes para jusante umas em relação às outras e partes a jusante 44 que se estendem sensivelmente ao longo do eixo X. Os segundos condutos 38 terminam em suas extremidades a montante ao nível da face anular radial a montante 32 da parte anular a jusante 34 do corpo anular 26 e em suas extremidades a jusante na passagem tubular 30 da parte a jusante 34.
[038] Como representado nas figuras 4 e 5, os primeiros 36 e segundos 38 condutos estão dispostos alternadamente em torno do eixo X. No exemplo representado, o corpo anular 26 compreende quatro primeiros 36 e quatro segundos 38 condutos.
[039] O corpo anular 26 está montado na junção da extremidade a jusante do braço 12 e da cabeça a jusante 16 do injetor 10 de modo que a parte tubular a montante 28 do corpo anular 34 se insere em torno da extremidade a jusante do tubo 46 que delimita o canal central 18. A extremidade a jusante do tubo 48 que delimita o canal anular 20 do braço 12 se alarga e está alinhada com o contorno periférico externo da parte a jusante 34 do corpo anular 26.
[040] A cabeça 16 do injetor 10 compreende duas pontas anulares interna 50 e externa 52 que delimitam entre elas um canal anular 54 no qual terminam as extremidades a jusante dos primeiros condutos 36. A parte de extremidade a montante da ponta anular interna 50 está inserida com estanqueidade na passagem tubular 30 no qual terminam as extremidades a jusante dos segundos condutos 38. A parte de extremidade a montante da ponta anular externo 52 circunda o contorno externo a jusante da parte a jusante 34 do corpo anular 26. Essa ponta anular externa 52 compreende em sua extremidade a montante uma borda anular 56 que circunda uma luva 58 cuja extremidade a jusante está inserida em torno da parte a jusante 34 do corpo tubular 26.
[041] A ponta tubular interna 50 compreende orifícios 60 transversos que terminam radialmente em direção ao exterior em um espaço anular 62 delimitado externamente por uma ponta intermediária 64 intercalada entre a ponta interna 50 e a ponta externa 52. A extremidade a jusante da ponta intermediária 64 compreende uma espiral (hélice) primária 66 anular destinada a induzir uma rotação do combustível do circuito primário de um modo bem conhecido do técnico no assunto.
[042] A ponta intermediária 64 compreende em seu contorno externo uma espiral (hélice) secundária 68 destinada a provocar a rotação do combustível do circuito secundário.
[043] Como representado figuras 4 e 5, a parte tubular 28 e a parte a jusante 34 do corpo anular 26 compreendem, cada uma, quatro orifícios 70, 72 regularmente distribuídos em torno do eixo X do corpo anular 26. Os orifícios 72 da parte a jusante 34 do corpo anular 26 se estendem, cada um, entre duas segundas partes a jusante 44 consecutivas dos primeiros condutos 36 e terminam internamente na passagem tubular 30. Os orifícios 70 da parte tubular 28 terminam no interior dela. Durante a montagem do injetor, esses orifícios permitem a brasagem da parte tubular 28 sobre a extremidade a jusante do tubo 46 do canal central 18 do braço 12. Da mesma forma, os orifícios 72 da parte a jusante 34 do corpo cilíndrico 26 permitem a brasagem da periferia externa da passagem tubular 30 sobre a extremidade a montante da ponta interna 50.
[044] Como representado na figura 2, a ponta intermediária 64 compreende igualmente orifícios 74 transversos para a brasagem dessa ponta sobre a ponta interna 50.

Claims (7)

1. INJETOR (10) DE COMBUSTÍVEL, tal como injetor para uma câmara anular de combustão de turbomáquina, que compreende uma cabeça (16) a jusante que comporta uma saída central (22) e uma saída anular periférica (24) que circunda a saída central (22), e um braço de injetor (12) a montante da cabeça (16) que comporta um canal central (18) e um canal anular (20) coaxiais, caracterizado pelo canal central (18) estar em comunicação fluídica com a saída periférica (24) e o canal anular (20) estar em comunicação fluídica com a saída central (22), e as extremidades a jusante do canal central (18) e do canal anular (20) se comunicarem, respectivamente, com pelo menos um primeiro conduto (36) que se comunica a jusante com a saída periférica (24) e pelo menos um segundo conduto (38) que se comunica a jusante com a saída central (22), e os primeiro (36) e segundo (38) condutos são formados em um corpo anular (26) disposto na junção da cabeça (16) e do braço (12), a extremidade a jusante do primeiro conduto (36) termina em um canal anular (54) da cabeça (16) do injetor (10) delimitado interna e externamente por duas pontas anulares coaxiais interna (50) e externa (52), respectivamente, e a extremidade a jusante do segundo conduto (38) termina na ponta interna (50), a extremidade a montante da ponta interna sendo inserida com estanqueidade em uma extremidade a jusante do corpo anular.
2. INJETOR (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo corpo anular (26) compreender uma abertura central a montante (28) que faz com que a extremidade a montante do primeiro conduto (36) se comunique com a extremidade a jusante do canal anular (20) do braço (12) e uma abertura central a jusante (30) que faz com que a extremidade a jusante do segundo conduto (38) se comunique com o canal anular (20) da cabeça (16) do injetor (10).
3. INJETOR, de acordo com a reivindicação 2 caracterizado pela extremidade a montante da ponta interna (50) estar inserida com estanqueidade em uma passagem tubular (30) que forma a abertura central a jusante do corpo (26) e pela extremidade a montante da ponta externa (52) circundar com estanqueidade a extremidade a jusante periférica externa do corpo anular (26).
4. INJETOR (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 3, caracterizado pela abertura central a montante (28) do corpo ser formada por uma parte tubular que se projeta a montante em relação a uma parte anular a jusante (34) do corpo (26), e a parte tubular (28) estar encaixada com estanqueidade em torno ou no interior da extremidade a jusante de um tubo que forma o canal central (18) do braço (12).
5. INJETOR (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 4, caracterizado por compreender uma pluralidade de primeiros (36) e segundos (38) condutos dispostos alternadamente em torno de um eixo (X) que passa pelas aberturas centrais a montante e a jusante do corpo anular (26).
6. CÂMARA DE COMBUSTÃO de turbomáquina caracterizada por compreender pelo menos um injetor (10) conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.
7. TURBOMÁQUINA, tal como turborreator ou um turbopropulsor, caracterizada por compreender uma câmara de combustão conforme definida na reivindicação 6.
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