<B>Brûleur pour combustibles liquides.</B> La présente invention est relative à un brûleur à combustibles liquides et, en parti culier, à un brûleur destiné à être utilisé dans les chambres à combustion des turbines à gaz.
Dans une turbine à gaz, le combustible est injecté dans un courant d'air ayant une grande vitesse d'écoulement et, afin d'obte nir un boit rendement de la combustion, il est important que le combustible soit coin- plètement pulvérisé et distribué aussi uni formément chie possible clans le courant d'air.
Il est également important qu'une bonne pulvérisation et distribution soient obtenues ii toutes les vitesses dans les limites de fonctionnement de la turbine et pour toutes quantités de combustible.
Une pulvérisation est ordiiisireiueiit ob tenue en disposant différents conduits et chambres à l'intérieur du brûleur, de faon que le combustible dans le brûleur soit sou mis à un mouvement de rotation à grande vitesse avant d'être éjecté par la tuyère du brûleur clans le courant d'air.
Cette rota tion a pour résultat que le combustible est giclé hors de la tuyère sous forme d'un cône de fines particules; mais les variations de la pression du combustible et de la quantité (le combustible qui s'écoule affectent directe ment cette pulvérisation et, à une pression réduite, le tourbillonnement du combustible est réduit dans une telle mesure que la pul vérisation est sérieusement compromise. Dif férents dispositifs ont. été utilisés afin de surmonter cette difficulté et, de ces dispo sitifs, celui appelé brûleur du type à dé bordement est. peut-être le plus efficace. Dans un brûleur du type à débordement, la pression d'arrivée du combustible est de pré férence maintenue constante, assurant ainsi .
un tourbillonnement constant, et. le combus tible qui est. en surplus des besoins de la tuyère peut retourner au récipient par un conduit de sortie commandé. Bien que ce genre de. brûleur résolve nombre de pro blèmes capitaux de la pulvérisation, un brû leur unique est sujet à produire une trop grande concentration de combustible dans des zones limitées du courant d'air aux #011andes vitesses de courant, ce qui provoque une combustion inefficace et une perte de combustible.
Afin de surmonter cette diffi culté, on peut utiliser plusieurs brûleurs, mais à moins qu'ils ne soient disposés coayialeinent dans la chambre à combustion, leurs cônes de particules se recouvrent, cau sant une .distribution non. uniforme du com bustible. Dans tous les cas, l'utilisation de plu sieurs brûleurs du type usuel. peut devenir incommode.
De plus, dans toutes les formes de brûleurs connues utilisant un tourbillon de combustible à l'intérieur du brûleur, le fluide tourbillonnant et le noyau d'air créé par ce tourbillon aboutissent nécessairement, à l'extrémité intérieuré,. contre le fond de la chambre à tourbillon qui peut être soit une paroi fixe, soit la surface du combustible qui se trouve dans le passage de débordement. Par conséquent, un effet de freinage indési rable est provoqué, et le noyau d'air devient facilement instable, amenant lune instabilité correspondante du jet.
L'objet de l'invention est un brûleur pour combustible liquide, dans lequel le combustible est amené :sous pression d'une source de com bustible par une chambre de section circu laire destinée à contenir une masse de com bustible en rotation, la direction de l'écoule ment du combustible entrant dans cette chambre comportant une composante tangen tielle par rapport à cette chambre, afin de provoquer un tourbillonnement du combus tible dans ladite chambre, celle-ci présentant des orifices de sortie disposés axialement à ses extrémités opposées.
Le brûleur suivant l'invention est caracté risé en ce que ladite chambre est constituée par un alésage ouvert (36, 36' ou 46) dont la longueur est plus grande que le diamètre et dans lequel le combustible entre par deux groupes de lumières (33, 33' ou 61, 62), dé bouchant chacun dans l'une des parties extrêmes opposées dudit alésage, chaque lu mière débouchant dans l'alésage dans une di rection approximativement tangentielle par rapport à l'alésage et toutes les lumières des deux groupes débouchant dans l'alésage dans le même sens rotatif, en sorte que les jets de combustible qui en sortent, sous pression suf fisante,
provoquent dans la partie extrême correspondante de l'alésage un tourbillonne ment rapide tel dans le combustible qu'il se formera un noyau d'air central, les deux groupes de lumières coopérant de manière que le noyau d'air que forme chaque groupe de lumières prolonge celui que forme l'autre groupe de lumières et forme un noyau d'air continu, entouré d'une masse annulaire con tinue de combustible tourbillonnant s'étendant sur toute la longueur de l'alésage entre les deux orifices de sortie.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution du brû leur objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue de côté d'un brûleur du type à débordement.
La fig. 2 en est une vue en bout.
La fig. 3 est une vue en coupe suivant la ligne 3-3 de la fig. 2.
La fig. 4 est une vue en coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 1.
La fig. 5 est une vue en coupe suivant la ligne 5-5 de la fig. 1.
La fig. 6 est une vue en coupe longitudi nale verticale d'un brûleur du type dit duplex. La fig. 7 est une vue en coupe suivant la ligne 7-7 de la fig. 6, et la fig. 8 est une vue en coupe suivant la ligne 8-8 de la fig. 6.
Le brûleur du type à débordement repré senté dans les fig. 1 à 5 comprend un boîtier, indiqué d'une manière générale par 10, ce boîtier étant de forme cylindrique et placé à l'intérieur de la chambre de combustion d'une turbine à gaz où il est maintenu à l'aide des conduits d'entrée et de sortie 11 et 12 respec tivement.
Des orifices à tuyère sont disposés aux extrémités opposées du boitier et le brû leur est placé à l'intérieur de la chambre de combustion, de manière que son axe soit sen siblement parallèle au courant d'air qui tra verse la chambre, ainsi que représenté par la flèche A, l'orifice à. tuyère 13 étant dirigé vers l'aval et l'orifice à tuyère 14 vers l'amont dudit courant d'air.
Le boîtier 10 comprend un cylindre creux 15 présentant une partie saillante 16 dans la quelle est ménagée une lumière de sortie 17; un manchon 18, destiné à recevoir un conduit de sortie, est disposé coaxialement à cette lu mière 17 et porté par la partie saillante 16 du cylindre creux 15. Sept passages 19 disposés longitudinalement sont ménagés à l'intérieur du cylindre creux, ces passages étant disposés de façon symétrique par rapport à un plan passant par l'axe du cylindre et celui de la lumière 17. La partie saillante 16 du cy- lindre creux présente une rainure annulaire 20 et des épaulements annulaires 21 et 21' qui coopèrent. indirectement.
(étant. en pratique espacés par des garnitures) avec les extré mités intérieures de tubes centraux 22 et 22' qui s'étendent vers l'aval, respectivement vers l'amont, du courant d'air. Le cylindre creux 15 possède à son extrémité amont un gradin annulaire 23 et un prolongement 24 fileté à l'extérieur, et présente à son extrémité oppo sée un épaulement extérieur annulaire 25 qui coopère avec un second cylindre creux 26 dans lequel débouche une lumière d'entrée 27; un manchon 28 destiné à recevoir un conduit d'entrée 11 est disposé coaxialement à la lu mière 27 et porté par le cylindre creux 26. Le second cylindre creux 26 possède à son extré mité dirigée vers l'aval du courant d'air un gradin annulaire 26a et un prolongement 26b fileté à l'extérieur.
Des blocs d'extrémité 30 et 30' sont ajustés sur les extrémités exté rieures des tubes centraux 22 et 22' respec tivement, blocs dans lesquels sont pratiqués les orifices à tuyère 13 et 14 communiquant eoaxialement avec des chambres coniques à tourbillon 31 et 31'. Les chambres à tourbil lon sont reliées à des évidements annulaires 32 et 32' au moyen de lumières 33 et 33' res pectivement, ces lumières pénétrant tangen tiellement, ainsi que représenté à la fig. 4, dans ces chambres à tourbillon. Les blocs d'extrémité 30 et 30' sont. maintenus en place par des douilles 34 et 34' filetées intérieure ment et vissées sur les extrémités des cylindres creux 26 et 15 respectivement.
On constatera que la disposition des par ties du boîtier à l'extrémité dirigée vers l'aval du courant d'air délimite une chambre annu laire 3:ï comportant l'évidement annulaire 32 qui est relativement étroit et à l'extrémité di rigée en amont du courant d'air, elle délimite également une chambre annulaire 35' com portant l'évidement annulaire 32' relative ment étroit.
Les deux chambres 35 et 35' sont reliées entre elles par les passages longitudi naux 19, et la chambre 35 est reliée à la cham bre à tourbillon 31 par lesdites lumières tan gentielles 33 partant de l'évidement 32 que comporte la - chambre 35, cependant. que la chambre 35' est reliée à la chambre à tourbil lon 31' par les lumières tangentielles 33' par tant de l'évidement 32' que comporte la cham bre 35'.
Les chambres à tourbillon 31 et 31' sont reliées par l'intermédiaire d'un passage cons titué par des alésages 36 et 36' des tubes cen traux 22 et 22' respectivement, et par une chambre cylindrique centrale 37 délimitée par les faces en regard de ces tubes et par les parois de la rainure annulaire 20; les alésages 36 et 36' sont chanfreinés en 36a et 36a' res pectivement. Le diamètre des alésages 36 et 36' est inférieur au diamètre des chambres à tourbillon 31 et 31', mais sensiblement plus grand que le diamètre de l'un ou l'autre des orifices à tuyère 13 et 14. La chambre cen trale 37 communique avec le conduit de sortie 12.
Lors du fonctionnement du brûleur du type à débordement, du combustible sous haute pression est amené au brûleur par le conduit d'entrée 11 et s'écoule dans la cham bre annulaire 35 placée vers l'aval du cou rant d'air et, en passant par les passages longi tudinaux 19, dans la chambre 35' correspon dante placée vers l'amont du courant d'air, En considérant. d'abord le fonctionnement de l'extrémité du brûleur dirigée vers l'aval du courant d'air, il apparaît que le combus tible s'écoule de la chambre 35 par l'évide ment 32 et les lumières 33 dans la chambre à tourbillon 31.
Du fait que les lumières 33 pé nètrent tangentiellement dans la chambre à tourbillon 31, le combustible arrivant acquiert un mouvement de rotation et, sous l'effet de la pression élevée appliquée, la vitesse de rotation est très grande. Le combustible sortant par l'orifice à tuyère 13 présente la forme d'un jet unique de particules 38 finement pulvérisées. Le combustible en surplus s'écoule par l'intermédiaire de l'alésage 36 vers la chambre centrale 37, d'où il peut s'échapper par le conduit de sortie 12. En réglant cette sortie par une soupape appropriée, il est pos sible de régler l'épaisseur de la couche de combustible en rotation dans la chambre à tourbillon 31 et ainsi la quantité de combus tible sortant par l'orifice à tuyère 13.
La pression d'entrée est maintenue sensiblement constante sur toute la gamine de débit néces saire.
De la même façon, le combustible est intro duit dans la chambre 31' dirigée vers l'amont. dut courant d'air par les lumières 33' et sort. par l'orifice à tuyère 14 dirigé vers l'amont du courant d'air sous forme de jet conique 38', le surplus de combustible s'écoulant par l'alésage 36' vers le conduit de sortie 12. Ainsi, les deux dispositifs à chambres à tour billon munies d'orifices à tuyère sont alimen tés par une entrée commune et sont vidés par une sortie commune, qui prévoit. un réglage commun de la quantité vidangée.
Il est à noter que les lumières 33 et 33' sont disposées, par rapport à leurs chambres à tourbillon res- pectiv es 31 et 31', de façon que les tourbil lons dans chacune d'elles soient. dirigés dans le même sens, c'est-à-dire dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, lorsqu'on les con sidère à partir d'iin point du brûleur situé en aval du courant d'air. La conséquence la plus importante de cette disposition consiste en ce que les deux dispositifs mentionnés ci dessus présentent un noyau d'air commun 39.
En employant un dispositif avec une sortie commune, une pression d'entrée com- inune et des chambres à tourbillon de dia mètre égal, l'épaisseur de la couche de com bustible dans la chambre à tourbillon 31 diri gée vers l'aval dit courant d'air est. égale à l'épaisseur de la couche de combustible dans la chambre à tourbillon 31' dirigée vers l'amont du courant d'air. Ainsi, les quantités de combustible sortant par les orifices à tuyère 13 et 14 peuvent être proportionnées par le choix des diamètres de ces orifices d'une manière appropriée à la distribution de combustible nécessaire pour une combustion efficace en deux étages dans le courant d'air.
Une autre forme d'exécution de l'objet de l'invention, appliquée à un brûleur du type dit duplex, est représentée dans les fig. 6, 7 et 8. Dans les brûleurs de ce type normal, on utilise deux admissions de combustible, par l'une desquelles on amène du combustible ii une pression sensiblement constante et en lui imprimant une rotation approximativement. constante, tandis que par l'autre, on super pose à cette pression et à cette rotation, par un dispositif indépendant, une pression et une rotation variables par lesquelles le débit du brûleur est réglé.
Ainsi que représenté à la fig. 6, le boîtier du brûleur, indiqué d'une manière générale par 41, est supporté à l'in térieur de la chambre de combustion par des conduits d'entrée primaire et secondaire 42 et 43 respectivement.
A chaque extrémité du boîtier 41 sont placés des orifices à tuyère 44 et 45, dirigés respectivement vers l'aval et vers l'amont du courant d'air et reliés entre eux par une unique chambre centrale longi tudinale 46, qui constitue à ses deux extré mités opposées des chambres à tourbillon 47 et 47' reliées entre elles; il est à noter que les chambres à tourbillon seront, en pratique, disposées dans des blocs d'extrémité 48 et 49. Un cylindre creux >50, présentant des parties 51, 52 et 53 pourvues de rainures annulaires et des extrémités filetées :r4 et. 54', est main tenu autour des blocs d'extrémité 48 et 49 par des douilles terminales 56 et. 56'.
Les blocs d'extrémité 48 et 49 présentent à. leur périphérie une rainure destinée à déli miter, en coopération avec les rainures péri phériques 51 et 53 du cylindre creux, des chambres annulaires 57 et. 58, placées respec- tivennent vers l'aval et vers l'amont du cou rant d'air. Ces chambres annulaires sont reliées entre elles par des passages longitudi naux 59, qui sont disposés de façon symé trique par rapport à un plan passant. par l'axe du cylindre 50 et des sorties 42 et 43. Le conduit d'entrée primaire 42 du combus tible communique directement, avec la, cham bre annulaire 57 par un orifice d'entrée 60.
Les chambres annulaires .57 et .58 sont reliées à la. chambre centrale 46 par des lumières 61 et 62 respectivement, qui débouchent tangen tiellement dans la chambre 46.
Le bloc d'extrémité 48 présente également une rainure à. sa périphérie en 48a. destinée à délimiter, en coopération avec la face inté- rieure du bloc d'extrémité 49 et la partie 52 à rainure périphérique du cylindre creux 50, une chambre annulaire secondaire 63 rela tivement petite, avec laquelle le conduit d'en trée secondaire 43 communique directement par l'orifice d'entrée secondaire 64. La cham bre annulaire secondaire 63 est reliée à. la chambre centrale 46 par des lumières secon daires 65 qui, comme les lumières 61 et. 62, débouchent tangentiellement dans la chambre 46.
Le fonctionnement du brûleur du type duplex est similaire à, celui du brûleur du type à débordement, sauf en ce que le réglage de l'écoulement du fluide est effectué par de-, changements de pression dans le conduit d'entrée secondaire 43, qui ont pour effet de changer la vitesse d'écoulement à travers les lumières secondaires 65 et., de ce fait, affec tent directement. la vitesse des tourbillons dans la chambre 46. La pression à l'intérieur de l'entrée primaire est maintenue, de préfé rence, sensiblement constante.
Comme dans le brûleur du type à débordement, un noyau d'air commun aux deux extrémités du brû leur est créé et une stabilité correspondante de l'écoulement est obtenue.