Chambre de combustion pour turbine à gaz. L'objet de la présente invention est une chambre de combustion pour turbine à gaz.
C?ne combustion satisfaisante peut être obtenue avec le système de combustion de va peur, c'est-à-dire par la vaporisation du com bustible, son chauffage préalable et son mé lange avec une certaine quantité d'air avant son admission dans le tube-foyer. Cette vapo risation et ce chauffage préalable ont lieu dans des tubes-vaporisateurs, lesquels sont des tubes circulaires agencés longitudinalement dans la chambre de combustion et montés sur une chicane par leur extrémité amont. Les extrémités aval de ces tubes-vaporisateurs sont cintrées de 180 .
Du combustible liquide est injecté dans les extrémités amont, les quelles sont ouvertes et exposées au courant d'air du compresseur, et 1e mélange est en traîné à travers les tubes et déchargé clans le tube-foyer en direction de l'amont. Avant d'être entraînée en aval, la flamme de la com bustion du mélange est dirigée sur les tubes vaporisateurs à leur entrée dans le tube-foyer, provoquant la vaporisation et le chauffage préalable du mélange combustible - air dans ces tubes: L'invention a pour but de permettre de réaliser en une seule unité un injecteur de combustible et un dispositif d'allumage, de manière que ceux-ci soient accessibles pour le démontage, l'entretien et l'inspection.
La. chambre de combustion pour turbine à gaz qui est l'objet de la présente invention comprend, en plus des éléments énumérés ci dessus, une tête d'injection montée sensible ment dans l'axe du tube-foyer à l'extrémité amont de celui-ci. La chambre de combustion selon l'invention est en outre caractérisée en ce que ladite tête d'injection comporte dans sa face aval un évidement central dans lequel.
est monté un gicleur d'allumage destiné à dé biter cIu combustible dans -.le tube-foyer approximativement suivant son axe longitu dinal entre les tubes-vaporisateurs, en ce qu'un dispositif d'allumage est monté dans la tête à l'issue dudit évidement, en face de ce gicleur, qu'une pluralité- de gicleurs princi paux de combustible sont montés dans la tête autour dudit gicleur d'allumage, ces gicleurs étant destinés à débiter du combustible vers l'extrémité d'entrée des tubes-vaporisateurs, et en ce que ladite tête comporte un passage reliant le gicleur d'allumage à un premier,
conduit d'admission de combustible et des pas sages divergents reliant les gicleurs princi paux à un second conduit d'admission de com bustible. Le dessin annexé représente, à titre d'exemple; une forme d'exécution de la cham bre de combustion objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en coupe de cette forme d'exécution. La fig. 2 est -une vue, partiellement en coupe, à plus grande échelle, d'une partie de la fig. 1, illustrant les tubes-vaporisateurs et le brîlleur.
La fig. 3 est -une élévation du dispositif d'injection et d'allumage v1 de l'amont, et la fig. 4 est -une coupe verticale longitudinale, selon la ligne 4-4 de la fig. 3, de ce dispo sitif.
On remarquera à la fig. 1 que les pièces principales de la chambre de combustion re présentée sont l'enveloppe extérieure 5, le tube-foyer 6 et les tubes-vaporisateurs 7. La direction de circulation d'air traversant la chambre de combustion est de gauche à droite dans la fig. 1. A l'extrémité amont du tube foyer se trouve la chicane 8 sur laquelle sont montés les tubes-vaporisateurs, comme indiqué plus particulièrement à la fig. 2.
Le tube- foyer comporte un certain nombre de perfora tions sur toute sa longueur pour l'admission de l'air depuis l'enveloppe extérieure dans le tube-foyer, dans le but de régler la combus tion.
L'injecteur à combustible est illustré en détail dans la fig. 4. Il comporte une tête d'injection 9 avec six gicleurs droits 10 et un gicleur-pulvérisateur 11 du type à turbulence. En outre, la tête d'injection comporte deux électrodes 12 et -13 dont -une est montée direc tement dans la tête et dont l'autre est reliée par lin câble à haute tension, traversant le tube 14, à la borne 15 montée à l'extérieur de la chambre de combustion. Le gicleur pulvérisateur 11 est alimenté par un tuyau de combustible 16, lequel, dans cette forme d'exécution, est disposé parallèlement au tube 14 susdit.
On notera toutefois que ceci n'est pas nécessaire du fait que le combustible peut être introduit dans l'injecteur depuis n'im porte quelle position appropriée, cette der nière ne coïncidant pas nécessairement avec la position la plus avantageuse de la borne d'allumage 15. Les six gicleurs à combustible principaux sont disposés obliquement autour du gicleur-pulvérisateur central et ils sont alimentés à travers des passages dans la tête, lesquels, comme indiqué à la fig. 4, se réunis- sent dans une chambre commune 17 entourant le susdit tuyau de combustible 16.
Cette eham- bre est à son tour reliée à l'enveloppe exté rieure de la chambre de combustion par une conduite 18 coaxiale avec la conduite 16, mais d'un diamètre sensiblement plus grand, de manière que le combustible puisse passer à travers l'espace annulaire entre les conduites.
La fig. 2 indique la disposition de la tête d'injection 9 par rapport aux tubes-vapori- sateurs. Les électrodes d'allumage 12 et 1 î font saillie sur la chicane 8 et le gicleur-pul- vérisateur 11, disposé dans un évidement de la tête immédiatement en dessous desdites élec trodes, a également un accès direct dans le tube-foyer 6, Les six gicleurs principaux 10 sont destinés à décharger dans les orifices des six tubes-vaporisateurs, mais la décharge dans ces tubes se fait obliquement,
de manière que la plus grande surface possible de chaque tube soit exposée au courant d'air direct du compresseur.
Afin de mettre la machine en marche, le démarreur lance le compresseur, ce dernier délivrant de l'air dans la chambre de com bustion. La rotation du compresseur provo quera également l'entraînement de la pompe à combustible et, lorsque la pression du combus tible aura atteint une valeur prédéterminée, le combustible sera admis au gicleur-pulvéri- sateur 11. En outre, le système électrique est enclenché de manière que du courant traverse l'éclateur formé par les électrodes 12 et 13. Un jet fin de combustible sera débité par le gicleur-pulvérisateur à travers les électrodes et dans la chambre de combustion.
Ce jet sera allumé par l'étincelle, produisant une flamme se trouvant en position centrale par rapport aux tubes-vaporisateurs et dirigée vers ceux-ci.
Sous l'action du compresseur, de l'air traversera rapidement la chambre de combus tion et une partie de cet air sera dirigée par la. chicane 8 dans les orifices des tubes-vapo- risateurs et traversera ceux-ci pour se déchar ger dans la direction amont dans -une région de basse pression à proximité de ladite chi cane.
Lorsque le débit principal de combus tible est ouvert, le combustible coule à travers l'espace circulaire entre les conduites 16 et 1S dans la chambre 17, et depuis cette dernière à travers les six gicleurs 10 dan les tubes- vaporisateurs. Pendant son passage à travers les tubes, le combustible liquide est vaporisé et mélangé avec clé l'air, la vaporisation étant facilitée par la chaleur de la flamme du gi- eleur-pulv érisateur dirigée sur l'extérieur des tubes.
Ainsi, un mélange combustible chauffé préalablement quitte les tubes-vaporisateurs pour être facilement allLUUé par la flamme provenant du gicleur-pulvérisateur.
Ensuite, la combustion devient continue, le mélange entrant dans le tube-foyer étant allumé par la flamme du gaz brûlant avant que cette flamme soit déplacée en aval. Les tubes-vaporisateurs sont complètement expo sés à la combustion dans le tube-foyer, de ma nière que le gaz entrant à travers ces tubes soit chauffé préalablement et, en outre, le combustible liquide, circulant dans les tubes et étant vaporisé sur les surfaces chaudes, serve au refroidissement des tubes afin d'em pêcher leur détérioration. Le dispositif d'allu mage n'est plus nécessaire maintenant, le cou rant peut être coupé et le débit de combus tible vers le gicleur-pulvérisateur peut être interrompu.
Combustion chamber for gas turbine. The object of the present invention is a combustion chamber for a gas turbine.
Satisfactory combustion can be obtained with the dry combustion system, that is to say by vaporizing the fuel, preheating it and mixing it with a certain quantity of air before it is admitted into the fuel. tube-hearth. This vaporization and this preliminary heating take place in vaporizer tubes, which are circular tubes arranged longitudinally in the combustion chamber and mounted on a baffle by their upstream end. The downstream ends of these vaporizer tubes are bent 180 degrees.
Liquid fuel is injected into the upstream ends, which are open and exposed to the air stream from the compressor, and the mixture is dragged through the tubes and discharged through the hearth tube in an upstream direction. Before being entrained downstream, the flame of the combustion of the mixture is directed onto the vaporizer tubes as they enter the hearth tube, causing the vaporization and preliminary heating of the fuel-air mixture in these tubes: The invention is intended to enable a fuel injector and an ignition device to be made in a single unit, so that the latter are accessible for disassembly, maintenance and inspection.
The combustion chamber for a gas turbine which is the object of the present invention comprises, in addition to the elements enumerated above, an injection head mounted substantially in the axis of the hearth tube at the upstream end of the gas turbine. this one. The combustion chamber according to the invention is further characterized in that said injection head comprises in its downstream face a central recess in which.
is mounted an ignition nozzle intended to debit the fuel in the fire tube approximately along its longitudinal axis between the vaporizer tubes, in that an ignition device is mounted in the head at the end of said recess, in front of this nozzle, that a plurality of main fuel nozzles are mounted in the head around said ignition nozzle, these nozzles being intended to deliver fuel towards the inlet end of the tubes- vaporizers, and in that said head has a passage connecting the ignition nozzle to a first,
fuel inlet duct and divergent steps connecting the main jets to a second fuel inlet duct. The accompanying drawing represents, by way of example; one embodiment of the combustion chamber which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a sectional view of this embodiment. Fig. 2 is a view, partially in section, on a larger scale, of part of FIG. 1, illustrating the vaporizer tubes and the burner.
Fig. 3 is an elevation of the injection and ignition device v1 from upstream, and FIG. 4 is a longitudinal vertical section, along line 4-4 of FIG. 3, of this device.
It will be noted in fig. 1 that the main parts of the combustion chamber shown are the outer casing 5, the fire tube 6 and the vaporizer tubes 7. The direction of air flow through the combustion chamber is from left to right in the fig. 1. At the upstream end of the hearth tube is the baffle 8 on which the vaporizer tubes are mounted, as indicated more particularly in FIG. 2.
The fire tube has a number of perforations along its length for the admission of air from the outer casing into the fire tube for the purpose of controlling combustion.
The fuel injector is illustrated in detail in fig. 4. It comprises an injection head 9 with six straight nozzles 10 and a spray nozzle 11 of the turbulence type. In addition, the injection head comprises two electrodes 12 and -13, one of which is mounted directly in the head and the other of which is connected by a high voltage cable, passing through the tube 14, to the terminal 15 mounted at outside the combustion chamber. The spray nozzle 11 is supplied by a fuel pipe 16, which, in this embodiment, is arranged parallel to the aforesaid tube 14.
Note, however, that this is not necessary since the fuel can be introduced into the injector from any suitable position, this latter not necessarily coinciding with the most advantageous position of the ignition terminal. 15. The six main fuel jets are arranged obliquely around the central spray nozzle and are fed through passages in the head, which, as shown in fig. 4, meet in a common chamber 17 surrounding the aforesaid fuel pipe 16.
This chamber is in turn connected to the outer casing of the combustion chamber by a pipe 18 coaxial with the pipe 16, but of a substantially larger diameter, so that the fuel can pass through the chamber. annular space between the pipes.
Fig. 2 indicates the arrangement of the injection head 9 with respect to the vaporizer tubes. The ignition electrodes 12 and 11 protrude from the baffle 8 and the spray nozzle 11, arranged in a recess of the head immediately below said electrodes, also has direct access into the hearth tube 6, The six main jets 10 are intended to discharge into the orifices of the six vaporizer tubes, but the discharge in these tubes is done obliquely,
so that the largest possible surface of each tube is exposed to the direct flow of air from the compressor.
In order to start the machine, the starter starts the compressor, the latter delivering air to the combustion chamber. The rotation of the compressor will also cause the fuel pump to be driven and, when the fuel pressure has reached a predetermined value, the fuel will be admitted to the spray nozzle 11. In addition, the electrical system is switched on. so that the current passes through the spark gap formed by the electrodes 12 and 13. A fine jet of fuel will be delivered by the nozzle-atomizer through the electrodes and into the combustion chamber.
This jet will be ignited by the spark, producing a flame located in a central position with respect to the vaporizer tubes and directed towards them.
Under the action of the compressor, air will quickly pass through the combustion chamber and part of this air will be directed through the. baffle 8 in the orifices of the vaporizer tubes and will pass through these to discharge in the upstream direction into a region of low pressure near said pipe.
When the main fuel flow is on, fuel flows through the circular space between conduits 16 and 1S into chamber 17, and from the latter through six nozzles 10 in the vaporizer tubes. As it passes through the tubes, the liquid fuel is vaporized and mixed with air, the vaporization being facilitated by the heat of the spray jet flame directed to the outside of the tubes.
Thus, a preheated combustible mixture leaves the vaporizer tubes to be easily ignited by the flame coming from the spray nozzle.
The combustion then becomes continuous, the mixture entering the hearth tube being ignited by the flame of the burning gas before this flame is displaced downstream. The vaporizer tubes are completely exposed to combustion in the hearth tube, so that the gas entering through these tubes is preheated and, in addition, the liquid fuel, circulating in the tubes and being vaporized on the surfaces. hot, serve to cool the tubes in order to prevent their deterioration. The ignition device is now no longer necessary, the power can be turned off and the flow of fuel to the spray nozzle can be interrupted.