CH388027A - Installation for regulating the pressure in a combustion chamber - Google Patents

Installation for regulating the pressure in a combustion chamber

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CH388027A
CH388027A CH3233056A CH3233056A CH388027A CH 388027 A CH388027 A CH 388027A CH 3233056 A CH3233056 A CH 3233056A CH 3233056 A CH3233056 A CH 3233056A CH 388027 A CH388027 A CH 388027A
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CH
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combustion chamber
pressure
fuel
curve
installation
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CH3233056A
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French (fr)
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Kendal Leeper Charles
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United Aircraft Corp
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02KJET-PROPULSION PLANTS
    • F02K3/00Plants including a gas turbine driving a compressor or a ducted fan

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

  

      Installation    de réglage de la pression     régnant    dans une chambre de combustion    La présente invention a pour objet une installa  tion de réglage de la pression régnant     dans    une cham  bre de combustion, notamment une chambre de com  bustion de propulseur à réaction.

   Cette installation se       èaractérise    par un organe monté dans le conduit d'ali  mentation en carburant et     faisant    varier périodique  ment le débit de carburant injecté entre un maximum  et un minimum, et par un dispositif distributeur qui,  en     synchronisme    avec     l'oscillation    du débit de carbu  rant injecté,

   fait     communiquer    la chambre de com  bustion alternativement avec un côté et l'autre d'un  organe mobile sensible à la pression     commandant     l'organe pilote d'un servomoteur actionnant un élé  ment de     commande    par     étranglement    monté dans le       conduit        d'alimentation    en carburant en amont de  l'organe produisant les pulsations.  



  Le dessin annexé représente, à titre d'exemple,  une forme d'exécution de l'objet de l'invention.  



  La     fig.    1 est une vue     schématique    d'un stato  réacteur pourvu de cette forme d'exécution ;  la     fig.    2 est une     courbe    de fonctionnement (la  pression étant     portée    en     ordonnée    et le débit du com  bustible en abscisse) ;  la     fig.    3 est une     courbe    sinusoïdale     indiquant    la  variation du débit de combustible     injecté    (le débit  de carburant étant porté en ordonnée, le temps en  abscisse, et la     droite        DBC    représentant le débit  moyen du carburant) ;

    la     fig.    4 est une courbe montrant les variations  de pression pour un débit moyen de carburant infé  rieur à celui     correspondant    au     fonctionnement    opti  mum ;sur cette     figure,    la pression est     portée    en or  donnée et le temps en abscisse, et la droite CF repré  sentant le débit au point C de la     courbe    A     (fig.    2) ;

      la     fig.    5 est une courbe montrant les variations  de     pression    pour un débit de carburant supérieur à  celui     correspondant    au fonctionnement optimum  (pression en ordonnée et temps en abscisse), la droite  CF'     représentant    le débit au     point    D de la     courbe    A       (fig.    2).  



  A la     fig.    1, 10 désigne la chambre de     combustion     d'un statoréacteur dans laquelle     l'écoulement        d'air     se fait dans le sens de la flèche et dans laquelle dé  bouche un injecteur de carburant A. Le carburant  sous pression est amené à l'ajutage par une canalisa  tion de carburant sous pression 14     dans    laquelle est  placée une soupape     d'étranglement        principale    S et  une soupape     papillon    P. La soupape papillon P est  entraînée en rotation à une vitesse     constante    par un  moteur électrique 16.

   Un arbre de     commande    18  relie le moteur 16 à la     soupape    papillon P et, en  outre, on y a     fixé    un     tiroir    rotatif 20 qui tourne à la  même vitesse que la soupape papillon P.  



  Un conduit 24 sous pression statique est     raccordé     à la chambre de combustion du statoréacteur et     il     se divise en deux conduits distincts 26 et 28 qui  aboutissent au tiroir     rotatif    20. Ce     tiroir    20     comporte     deux     passages.    30 et 32 diamétraux et     disposés    à 900  l'un par rapport à l'autre.

       Etant    donné que le tiroir  20     tourne,    les passages 30 et 32 font communiquer le  conduit 24     alternativement,    par les canaux 26 et 28,  avec les conduits 40 et 42,     communiquant    avec les  chambres 70 et 72 situés de part et d'autre d'un pis  ton 46 qui est     sollicité        dans    un sens par un ressort  léger 48.  



  Les passages 30 et 32 sont     disposés    par rapport  au papillon P de manière que, lorsque le débit du  carburant est     maximum,    le     conduit    24     communique     avec la chambre 70,     tandis    que, lorsque le débit du      carburant est     minimum,    le conduit 24 communique  avec la chambre 72.  



  De son côté, le piston 46     actionne    un     tiroir    50  coulissant     dans    un     cylindre    qui reçoit du carburant  sous pression d'une     canalisation    52, et l'envoie sur  l'un ou l'autre des côtés d'un     servo-piston    56, lequel       actionne    la soupape S. Des     étranglements    60 et 62  sont prévus dans des     canalisations    d'évacuation par  tant de chaque côté du     servo    piston 56.

   Le     servo-          piston    56 est soumis à l'action d'un     ressort,    l'agen  cement étant tel que la position du piston 56 corres  ponde à celle du     tiroir    50, et donc à     celle    du piston  46.  



  La     fig.    2 représente par la courbe A les pressions       dans    la chambre de combustion du statoréacteur 10  en fonction de la variation du débit du carburant,  l'abscisse représentant ce débit et l'ordonnée la pres  sion. Il est     évident    qu'on obtient le rendement maxi  mum de la chambre de combustion et la poussée  maximum du statoréacteur lorsque la pression dans  cette chambre est voisine d'un maximum. La pres  sion maximum dans la chambre de combustion est       atteinte    pour des conditions     sensiblement    stoechio  métrique.

   La     fig.    2 montre que     partout    où la pente  de la courbe A est positive,     c'est-à-dire    jusqu'au voi  sinage du point E, la pression     augmente    avec un  débit de     carburant    croissant.     Inversement,        partout    où  la pente est négative, c'est-à-dire vers la droite du  point E, la pression     diminue    avec une augmentation  du débit du carburant, étant     donné    que la pente néga  tive de la courbe A correspond à un     mélange    trop  riche.

   Pour une variation donnée du débit du carbu  rant, la pression varie     proportionnellement    à la pente  de la courbe A. La valeur sera la plus     grande    lors  d'un fonctionnement à peu près stoechiométrique et  en partant de ce point une augmentation du débit de       carburant        donnera        lieu    à une réduction de pression,  et     similairement    une réduction du débit de carburant  donnera lieu à une réduction de pression, étant donné  qu'on se trouve sur l'une ou l'autre pente de la  courbe A.  



  La variation du débit du carburant, produite par  la soupape     papillon        (fig.    1), est illustrée par la courbe  de la     fig.    3. Lorsque le brûleur     fonctionne,    au point  C de la     fig.    2, la courbe     correspondante    des variations  de la pression dans la chambre de combustion est  celle qui est représentée sur la     fig.    4.

   Dans ce cas,  une pression maximum correspond à un débit maxi  mum de carburant, de     sorte    que, lorsque la chambre  de combustion fonctionne sur la pente positive de la  courbe A     (fig.    2), la variation de pression est en phase  avec la variation du débit de     carburant.    En revan  che, si la chambre de     combustion        fonctionne    au     point     D de la courbe A, la pression     dans    le brûleur varie  conformément à la courbe de la     fig.    5,     c'est-à-dire     que la pression maximum se produit pour un débit       minimum    de carburant,

   et     vice    versa. De ce fait,  lorsque le brûleur     fonctionne    sur la pente négative    de la     courbe    A     (fig.    2), la variation de la pression est  déphasée de     180     par     rapport    à la variation du débit  de carburant.  



  Lorsque la chambre fonctionne en un point d'une  partie de la courbe A dont la pente est positive, la  pression moyenne régnant dans la chambre 70 est  plus élevée que celle qui règne dans la chambre 72,  et vice versa pour la     partie    de la courbe A dont la  pente est négative.  



  On     remarquera    en outre (et ceci est indiqué sur  les     fig.    3 à 5) que l'amplitude de la variation de pres  sion dans la chambre de combustion est proportion  nelle à la pente de la courbe A de pression du car  burant en fonction du débit.  



  La force résultante exercée sur le piston 46 par  les pressions régnant dans les chambres 70, 72 est       algébriquement    soustraite d'une force sensiblement  constante, appliquée par le     ressort    48, de sorte que  la     différence    de force a pour effet de repousser le  tiroir 50 dans un sens tel que le     servo-piston    56 de la  soupape d'étranglement principale S déplace cette       dernière    de manière à corriger le débit du     carburant.     Lorsque la force résultante     exercée    sur le piston 46       devient    égale à la force appliquée par le ressort 48,

    le tiroir 50     s'immobilise        grâce    à la condition d'équi  libre, de sorte     qu'il    n'existe plus de variation du débit  du carburant. Il en résulte que tant que le point de  fonctionnement se trouve sur la partie de la courbe A       (fig.    2) à pente positive, le tiroir 50 et le     servo-piston     56 déplacent la soupape S de manière à augmenter  le débit, tandis que si le point de fonctionnement se  trouve sur la partie de la courbe A à pente négative,  le tiroir 50 et le     servo-piston    56 se déplacent de  manière à diminuer le débit du carburant,

   le tout de  manière à maintenir le fonctionnement de la chambre  de     combustion    au point     optimum    E de la courbe.  



  Dans l'installation décrite, on utilise une oscilla  tion du débit du carburant de l'ordre de 25 cycles par  seconde, de     sorte    qu'il ne se produit aucun     demi-          cycle    pendant 1/50 de seconde. Par suite, la fraction  de temps pendant laquelle     l'orifice    30 ou     l'orifice    32  communiquent avec leurs     canalisations    respectives  est faible.



      Installation for adjusting the pressure prevailing in a combustion chamber The present invention relates to an installation for adjusting the pressure prevailing in a combustion chamber, in particular a combustion chamber for a reaction propellant.

   This installation is characterized by a member mounted in the fuel supply duct and periodically varying the flow of fuel injected between a maximum and a minimum, and by a distributor device which, in synchronism with the oscillation of the flow of fuel. injected fuel,

   communicates the combustion chamber alternately with one side and the other of a mobile pressure sensitive member controlling the pilot member of a booster actuating a throttle control element mounted in the fuel supply duct upstream of the organ producing the pulsations.



  The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.



  Fig. 1 is a schematic view of a stator reactor provided with this embodiment; fig. 2 is an operating curve (the pressure being plotted on the ordinate and the fuel flow rate on the abscissa); fig. 3 is a sinusoidal curve indicating the variation of the flow rate of injected fuel (the fuel flow rate being plotted on the ordinate, the time on the abscissa, and the line DBC representing the average fuel flow rate);

    fig. 4 is a curve showing the pressure variations for an average fuel flow rate lower than that corresponding to the optimal operation; in this figure, the pressure is given in gold and the time on the abscissa, and the line CF representing the flow at point C of curve A (fig. 2);

      fig. 5 is a curve showing the pressure variations for a fuel flow rate greater than that corresponding to optimum operation (pressure on the ordinate and time on the abscissa), the line CF 'representing the flow rate at point D of curve A (FIG. 2) .



  In fig. 1, 10 designates the combustion chamber of a ramjet in which the air flow is in the direction of the arrow and in which a fuel injector A is blocked. The pressurized fuel is supplied to the nozzle by a pressurized fuel line 14 in which is placed a main throttle valve S and a butterfly valve P. The butterfly valve P is rotated at a constant speed by an electric motor 16.

   A drive shaft 18 connects the engine 16 to the butterfly valve P and, in addition, there is attached a rotary spool 20 which rotates at the same speed as the butterfly valve P.



  A duct 24 under static pressure is connected to the combustion chamber of the ramjet and it is divided into two separate ducts 26 and 28 which lead to the rotary slide 20. This slide 20 has two passages. 30 and 32 diametrical and arranged at 900 to each other.

       Since the slide 20 rotates, the passages 30 and 32 make the conduit 24 communicate alternately, through the channels 26 and 28, with the conduits 40 and 42, communicating with the chambers 70 and 72 located on either side of a udder tone 46 which is biased in one direction by a light spring 48.



  The passages 30 and 32 are arranged relative to the throttle P so that, when the fuel flow is maximum, the duct 24 communicates with the chamber 70, while, when the fuel flow is minimum, the duct 24 communicates with the room 72.



  For its part, the piston 46 actuates a slide valve 50 in a cylinder which receives fuel under pressure from a line 52, and sends it to either side of a servo-piston 56, which actuates the valve S. Restrictions 60 and 62 are provided in the discharge pipes on both sides of the servo piston 56.

   The servo-piston 56 is subjected to the action of a spring, the arrangement being such that the position of the piston 56 corresponds to that of the spool 50, and therefore to that of the piston 46.



  Fig. 2 represents by curve A the pressures in the combustion chamber of ramjet 10 as a function of the variation in fuel flow, the abscissa representing this flow and the ordinate the pressure. It is obvious that the maximum efficiency of the combustion chamber and the maximum thrust of the ramjet are obtained when the pressure in this chamber is close to a maximum. The maximum pressure in the combustion chamber is reached for substantially stoichiometric conditions.

   Fig. 2 shows that wherever the slope of curve A is positive, that is to say up to the vicinity of point E, the pressure increases with increasing fuel flow. Conversely, wherever the slope is negative, that is to say to the right of point E, the pressure decreases with an increase in the fuel flow rate, since the negative slope of curve A corresponds to too much mixing. rich.

   For a given variation in fuel flow, the pressure varies in proportion to the slope of curve A. The value will be greatest during roughly stoichiometric operation and starting from this point an increase in fuel flow will give There will be a reduction in pressure, and similarly a reduction in fuel flow will result in a reduction in pressure, given that you are on either slope of curve A.



  The variation in fuel flow, produced by the butterfly valve (fig. 1), is illustrated by the curve in fig. 3. When the burner is operating, at point C in fig. 2, the corresponding curve of the pressure variations in the combustion chamber is that shown in FIG. 4.

   In this case, a maximum pressure corresponds to a maximum fuel flow, so that, when the combustion chamber operates on the positive slope of curve A (fig. 2), the pressure variation is in phase with the variation. fuel flow. On the other hand, if the combustion chamber is operating at point D of curve A, the pressure in the burner varies according to the curve in fig. 5, that is, maximum pressure occurs for minimum fuel flow,

   and vice versa. As a result, when the burner operates on the negative slope of curve A (fig. 2), the pressure variation is 180 out of phase with the fuel flow variation.



  When the chamber operates at a point of a part of the curve A whose slope is positive, the average pressure prevailing in the chamber 70 is higher than that which prevails in the chamber 72, and vice versa for the part of the curve A whose slope is negative.



  It will further be noted (and this is indicated in figs. 3 to 5) that the amplitude of the pressure variation in the combustion chamber is proportional to the slope of the fuel pressure curve A as a function of the fuel pressure. debit.



  The resulting force exerted on the piston 46 by the pressures prevailing in the chambers 70, 72 is algebraically subtracted from a substantially constant force, applied by the spring 48, so that the difference in force has the effect of pushing the spool 50 back in. a direction such that the servo-piston 56 of the main throttle valve S moves the latter so as to correct the fuel flow. When the resulting force exerted on the piston 46 becomes equal to the force applied by the spring 48,

    the spool 50 becomes immobilized thanks to the free equilibrium condition, so that there is no longer any variation in the fuel flow. As a result, as long as the operating point is on the part of curve A (fig. 2) with a positive slope, the spool 50 and the servo-piston 56 move the valve S so as to increase the flow, while if the operating point is on the part of curve A with a negative slope, the spool 50 and the servo-piston 56 move so as to decrease the fuel flow,

   the whole so as to maintain the operation of the combustion chamber at the optimum point E of the curve.



  In the installation described, an oscillation of the fuel flow rate of the order of 25 cycles per second is used, so that no half-cycle occurs for 1/50 of a second. As a result, the fraction of time during which the orifice 30 or the orifice 32 communicate with their respective pipes is small.

 

Claims (1)

REVENDICATION Installation de réglage de la pression régnant dans une chambre de combustion, notamment une chambre de combustion de propulseur à réaction, caractérisée par un organe monté dans le conduit d'alimentation en carburant et faisant varier périodiquement le débit de carburant injecté entre un maximum et un mini mum, et par un dispositif distributeur qui, en syn chronisme avec l'oscillation du débit de carburant injecté, CLAIM Installation for adjusting the pressure prevailing in a combustion chamber, in particular a reaction propellant combustion chamber, characterized by a member mounted in the fuel supply duct and periodically varying the flow of fuel injected between a maximum and a mini mum, and by a distributor device which, in syn chronism with the oscillation of the injected fuel flow, fait communiquer la chambre de combustion alternativement avec un côté et l'autre d'un organe mobile sensible à la pression commandant l'organe pilote d'un servomoteur actionnant un élément de commande par étranglement monté dans le conduit d'alimentation en carburant en amont de l'organe produisant les pulsations. SOUS-REVENDICATIONS 1. communicates the combustion chamber alternately with one side and the other of a mobile pressure sensitive member controlling the pilot member of a booster actuating a throttle control element mounted in the upstream fuel supply duct of the organ producing the pulsations. SUB-CLAIMS 1. Installation selon la revendication, caractérisée par le fait que le dispositif distributeur comprend un tiroir rotatif pourvu de deux canaux placés perpen- diculairement l'un par rapport à l'autre et reliés al ternativement à la chambre de combustion par la rotation du tiroir. 2. Installation selon la revendication, caractérisée par le fait que l'organe sensible à la pression est un piston coulissant dans un cylindre. Installation according to Claim, characterized in that the distributor device comprises a rotary slide provided with two channels placed perpendicularly to one another and connected alternately to the combustion chamber by rotation of the slide. 2. Installation according to claim, characterized in that the pressure-sensitive member is a piston sliding in a cylinder.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2658562A1 (en) * 1990-02-20 1991-08-23 United Technologies Corp METHOD FOR CORRECTING A STARTING CONDITION IN OVERHEATING IN A TURBOMOTOR
US11130145B2 (en) 2017-06-22 2021-09-28 Durst Corporation, Inc. Adjustable escutcheon assembly

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