Dispositif <B>de</B> combustion La présente invention a pour objet un dis positif de combustion, notamment pour instal lations à turbine à gaz, comprenant une chemise formant une partie de la paroi d'une chambre de combustion et une enveloppe entourant cette chemise de façon à former un passage de sec tion annulaire traversé par un courant d'air, une plaque, disposée à l'intérieur de ladite che mise à l'extrémité amont de la chambre de com bustion, présentant une ouverture d'entrée d'air dans cette chambre de combustion et des ou vertures dans lesquelles sont engagées les extré mités amont ouvertes de tubes de vaporisation de combustible,
s'étendant vers l'aval dans la chambre de combustion à partir de ladite pla que et par lesquels de l'air pénètre également dans la chambre.
Dans les dispositifs connus de ce genre, plu sieurs tubes de vaporisation alimentés en com bustible liquide sont disposés dans la chambre de combustion symétriquement autour de l'axe longitudinal de la chambre et avec leurs extré mités aval recourbées de 180 afin de débiter le combustible vaporisé en direction amont dans la chambre de combustion, chaque tube étant supporté en porte-à-faux uniquement à son extrémité amont.
Cet agencement fournit bien une répartition satisfaisante du combustible va- porisé dans la chambre de combustion à partir de chaque tube, mais puisqu'il est très difficile d'assurer une répartition uniforme du combus tible entre les différents tubes de vaporisation et que chacun de ceux-ci constitue pour la chambre de combustion une source indépen dante d'alimentation en combustible, on n'ar rive guère à assurer une bonne répartition du combustible dans la chambre de combustion. De plus,
cette disposition connue en porte-à- faux rend fort sujets à des défaillances les tubes de vaporisation exposés aux vibrations et à des températures extérieures extrêmement élevées. Ces défaillances peuvent entraîner des dégâts, coûteux à réparer, par exemple à une turbine alimentée par le dispositif de combustion.
Le dispositif de combustion qui fait l'objet de la présente invention- vise à atténuer ces in convénients. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'à leurs extrémités aval au moins deux des- dits tubes de vaporisation débouchent dans une tuyère commune ouverte vers l'amont en direc tion de ladite plaque, les extrémités aval de ces tubes se soutenant ainsi mutuellement par l'intermédiaire de cette tuyère.
Une forme d'exécution du dispositif selon l'invention est représentée à titre d'exemple au dessin, dans lequel la fig. 1 est une section longitudinale de cette forme d'exécution, constituant un dispo sitif de combustion d'une installation à turbine à gaz ; la fig. 2 est une section agrandie de l'en semble de vaporisation de cette forme d'exécu tion, et la fig. 3 représente une partie de cet ensem ble de vaporisation, vue dans le sens des flèches <I>111-11l</I> de la fig. 2.
Comme le montre le dessin, de l'air en pro venance du compresseur entre dans l'espace délimité par l'enveloppe 6 du dispositif de com bustion dans le sens de la flèche 7. Une partie de cet air passe comme moyen de refroidisse ment à travers un espace de section annulaire 8 compris entre l'enveloppe 6 et une chemise 9 formant une partie de la paroi d'une chambre de combustion et entourée par l'enveloppe 6. Une autre partie de cet air entre par une ou verture 9a dans une chambre d'entrée d'air dé limitée par la partie amont de la chemise 9. Un écran 10 disposé transversalement dans la che mise 9 ferme la chambre de combustion à son extrémité amont et porte une plaque 11 pré sentant une ouverture centrale l la.
Les extré mités amont ouvertes 12a de tubes de vapori sation 12 sont engagées dans des ouvertures percées dans la plaque 11 et disposées en cer cle autour de l'ouverture centrale 11a. L'air pénétrant par l'ouverture 9a pénètre dans la chambre de combustion par l'ouverture 11a et par les tubes 12. Du combustible liquide est amené par un conduit 13 à un injecteur 14, qui peut être du type à torche d'allumage dé crit dans le brevet NI, 288548. Un câble d'al lumage pour l'allumeur à torche est amené d'une borne extérieure 16 par un tube 15. Les buses 17 de l'injecteur 14 injectent le combus tible dans les extrémités amont 12a des tubes de vaporisation 12.
Les buses 17 étant légère ment décalées par rapport aux axes de leurs tubes de vaporisation respectifs, elles ne pré sentent que des obstacles relativement faibles à l'entrée libre de l'air. La buse 17a, disposée au centre de l'injecteur 14, sert pour l'allumage, son débit étant dirigé à travers l'ouverture cen trale 11a de la plaque 11 sur des électrodes 15a qui forment un passage d'étincelles pour les quelles le courant provient de la borne 16.
En aval de la plaque 11, les tubes de vapo risation 12 divergent selon des arcs de l'axe commun de leur montage dans la plaque 11, puis convergent, dans un plan perpendiculaire à l'axe de la chambre de combustion, vers une tuyère 18 dans laquelle ils débouchent tangen tiellement à leurs extrémités aval. Comme cela est montré aux fig. 2 et 3, la tuyère 18 est de section annulaire, sa section méridiane étant sensiblement en forme d'U et elle est coaxiale à la chambre de combustion. Elle présente une paroi latérale extérieure 18b dans laquelle dé bouchent les tubes 12, et une paroi latérale in térieure 18a.
Les tubes 12 pourraient cepen dant déboucher dans la tuyère selon d'autres axes non radiaux. L'ouverture de sortie annu laire de la tuyère est dirigée vers l'amont du courant d'air vers l'ouverture centrale 11a de la plaque 11. Entre les parois latérales inté rieure et extérieure 18a et 18b respectivement de la tuyère s'étendent des ailettes radiales 19 disposées de manière à imprimer une rotation aux fluides qui s'écoulent par la tuyère.
En fonctionnement, la plus grande partie de l'air qui entre dans l'espace limité par l'enve loppe 6 passe dans l'espace de section annu laire 8 compris entre cette enveloppe 6 et la chemise 9 et de là une partie de cet air pénètre dans la chambre de combustion par diverses rangées d'orifices 20 que comporte la chemise 9 aussi bien en amont qu'en aval de la tuyère 18. Le reste de l'air entre par l'ouverture 9a dans la chambre d'entrée d'air et pénètre par l'écran 11 dans les extrémités amont 12a des tubes de vaporisation 12, ainsi que dans l'ou verture 11a. Du combustible liquide étant in jecté par les buses 17 dans ces mêmes ouver tures, c'est un mélange de combustible et d'air qui s'écoule par les tubes de vaporisation 12.
Ceux-ci se ,trouvent dans la zone des flammes de la chambre de combustion et ils sont par conséquent soumis de l'extérieur à une tem pérature considérable, qui produit l'évaporation du combustible liquide et le réchauffage préala- ble du mélange combustible-air. Cette évapora tion qui a lieu à l'intérieur des tubes et la tem pérature initiale relativement basse de l'air cir- culant dans ceux-ci les empêchent d'être brûlés.
Le mélange ainsi préalablement chauffé s'écoule des tubes de vaporisation dans la tuyère 18, et, grâce à son entrée sensiblement tangentielle, crée un tourbillon le long de la circonférence de la tuyère, assurant ainsi un bon brassage des gaz avant qu'ils ne soient projetés dans la zone des flammes sous forme d'un tourbillon. Les ailettes 19 contribuent éga lement à maintenir la rotation des gaz dans la tuyère 18. L'air supplémentaire ayant pénétré dans la chambre de combustion par les orifices 20 de la chemise 9 s'écoule vers l'avant dans la zone de basse pression située dans le sillage de l'écran 10 et y introduit de l'oxygène addi tionnel pour y activer la combustion.
Puisque le tourbillon de gaz combustible qui sort de la tuyère 18 crée une dépression supplémentaire en son centre, une partie de cet air supplémen taire forme un courant puissant à travers le centre de la tuyère et injecte de l'oxygène dans le noyau de la zone de flammes où le mélange combustible est relativement riche.
L'allumage initial est effectué par le dispo sitif d'allumage de l'injecteur 14 qui dirige une flamme sur la tuyère 18. Lorsqu'une flamme a été établie dans la zone de flammes, elle enve loppe les tubes de vaporisation 12, et ensuite la combustion se propage d'elle-même.
Dans la forme d'exécution représentée, les tubes de vaporisation se supportent mutuelle ment à leur extrémité aval, du fait qu'ils sont reliés entre eux, à ces extrémités, par la tuyère commune ; ils sont donc moins exposés à la rupture que s'ils étaient supportés en porte-à- faux uniquement à leurs extrémités amont. Leur échauffement est limité dans leur partie antérieure par la vaporisation du combustible liquide à l'intérieur des tubes alors que leur divergence fait que leurs parties postérieures se trouvent dans une région peu chaude.
La paroi intérieure de la tuyère n'est pas sujette au contact direct de la flamme puisqu'elle forme le passage principal du supplément d'air vers le centre de la zone des flammes, comme on l'a exposé précédemment. De plus, la paroi exté rieure et le fond arrière de la tuyère sont expo sés au balayage par le mélange combustible- air venant des tubes de vaporisation, de sorte qu'un refroidissement intérieur suffisant est assuré à cette paroi et à ce fond.
Grâce à la rotation intense des gaz dans la tuyère 18, les inégalités de répartition de l'air et du combustible d'un tube de vaporisation à l'autre n'affectent pas la répartition du mélange de gaz sur le pourtour de l'ouverture de sortie de la tuyère ni par conséquent la répartition de ce mélange dans la chambre de combustion.
Lorsque le dispositif de combustion com prend une chambre de combustion de section annulaire, plusieurs dispositions des tubes de vaporisation de combustible et de leur orifice de sortie commun peuvent être envisagées, parmi lesquelles on citera les suivantes, à titre de variantes non représentées au dessin a) Selon la disposition qui semble la plus évidente, on pourrait employer plusieurs dis positifs de vaporisation tels que celui repré senté aux fig. 2 et 3 et qui comprend un groupe de tubes aboutissant de tous côtés à une tuyère commune.
Ces dispositifs de vaporisation se raient disposés sur un cercle concentrique a et compris dans l'anneau que forme l'orifice d'en trée de la chambre de combustion de section annulaire, et espacés l'un de l'autre.
b) Une autre disposition consisterait à pré voir un seul dispositif de vaporisation dans le quel les extrémités amont des tubes (analogues aux extrémités 12a de la forme d'exécution se lon le dessin) seraient disposées selon un cercle concentrique a et compris dans l'orifice d'entrée de la chambre de combustion de section annu laire.
Chacun des tubes de vaporisation s'éten drait vers l'aval dans ladite chambre de com bustion, et son extrémité aval aboutirait à une tuyère en forme d'anneau disposée dans la chambre de combustion coaxialement à celle-ci. c) Selon une variante de la disposition in diquée sous b), les tubes de vaporisation pour raient être répartis en groupes et la tuyère en forme d'anneau pourrait être remplacée par une série de secteurs, chaque secteur de tuyère étant commun aux tubes d'un groupe mais séparé des autres secteurs.