EP0598662A1 - Système d'injection aérodynamique de chambre de combustion - Google Patents

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EP0598662A1
EP0598662A1 EP93402788A EP93402788A EP0598662A1 EP 0598662 A1 EP0598662 A1 EP 0598662A1 EP 93402788 A EP93402788 A EP 93402788A EP 93402788 A EP93402788 A EP 93402788A EP 0598662 A1 EP0598662 A1 EP 0598662A1
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fuel
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Denis Roger Henri Ansart
Denis Jean Maurice Sandelis
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Safran Aircraft Engines SAS
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Societe Nationale dEtude et de Construction de Moteurs dAviation SNECMA
SNECMA SAS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/50—Combustion chambers comprising an annular flame tube within an annular casing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/10—Air inlet arrangements for primary air

Definitions

  • the present invention relates to an aerodynamic injection system of an annular combustion chamber, comprising at least one injection head having a plurality of air and fuel injection devices regularly distributed circumferentially in the chamber bottom.
  • each of the fuel and air injection devices comprises a fuel injector, a spin external turbulence for the passage of the fuel atomizing air and a bowl-shaped body comprising a downstream web flared in the direction of flow and provided with a row of bowl holes for the injection of air in the sprayed fuel cone.
  • the object of the present invention is to make a modification to the bowls in order to reduce the number of injectors without impairing the proper functioning of the injection chamber.
  • the web has a cross section of substantially elliptical shape, the axis of smaller dimension being disposed in an axial plane of the combustion chamber, and in that the injector has a plurality of holes fuel injection of different diameters.
  • This arrangement makes it possible to obtain a more flat flame front, by playing on the different diameters of the fuel injection holes.
  • the chamber may have a single injection head or two injection heads spaced radially. Equipping a two-headed chamber with elliptical-shaped bowls according to the invention makes it possible to increase the permeability of the chamber bottom and therefore the average richness near the injectors.
  • FIGS 1 and 2 schematically show the arrangement of bowls 1 of the prior art in the chamber bottom 2 of an annular combustion chamber 3 of a turbomachine having a single injection head.
  • the combustion chamber 3 is delimited by an interior ferrule 4 and an exterior ferrule 5 connected by the chamber bottom 2.
  • the bowls 1 of frustoconical shape and of circular cross section are arranged upstream of the chamber bottom 2 and they each surround a fuel injector 6 with interposition of a turbulence spin 7.
  • the bowls 1 comprise a web 8 flared downstream in the direction of gas flow and having a row of bow holes 9 for the injection of air in the sprayed fuel cone.
  • the fuel is delivered through orifices 10 formed in the injector 6 and is sprayed by the swirling air penetrating through the swirling spin 7.
  • the consecutive bowls la and lb are located at a distance X from each other and the distance Y separating two neighboring injectors 6a and 6b is equal to the distance X increased by the diameter of a bowl 1.
  • the bowls 1 have a veil 8 which has a cross section of elliptical shape, the axis of smaller dimension 11 being disposed in an axial plane of the combustion chamber 3.
  • the orifice 12 allowing the fixing of the bowl 1 of the invention in the bottom of chamber 2 also has a elliptical section.
  • the bowl holes 9 are no longer equidistant from the injector 6. Thanks to this arrangement, the distance Y 'separating two consecutive injectors 6a and 6b from an injection head is increased relative to the distance Y of the art previous, if we keep the distance X separating two consecutive bowls la and lb and the radial dimensions of the combustion chamber. A smaller number of injectors is therefore required to equip the combustion chamber 3.
  • the bowl holes 9 can be equidistant from each other and have the same diameter. However, they can also be placed at variable intervals in order to distribute the air introduced as necessary. Likewise, they can be divided into sectors comprising bowl holes of different diameters as proposed in document FR-A-2 588 919.
  • the injector 6 has a plurality of fuel injection holes 10 distributed over its periphery in order to inject fuel into the swirling air delivered by the spin 7. These injection holes 10 do not all have the same diameter , in order to better homogenize the spray mixture delivered into the combustion chamber 3 downstream of the bowls 1.
  • the injection holes 10 are distributed in first sectors comprising injection holes 10 of small diameter and in second sectors with large diameter injection holes 10.
  • FIGS. 4 and 5 show a combustion chamber 3 which comprises a single injection head equipped with bowls 1 of elliptical shape regularly distributed circumferentially in the bottom of the chamber 2.
  • the bowls 1 described above can advantageously equip a combustion chamber with two heads which has a take-off head 13 and an idle head 14 radially spaced around the axis of the combustion chamber, as can be seen in the Figures 6 and 7.
  • the spacing of the bowls 1 of the idle head 14 is greater than the spacing of the bowls 1 of the take-off head and the total number of bowls 1 of elliptical shape fitted to the combustion chamber 3 is less than number of bowls of circular section necessary to equip a combustion chamber with two heads of the prior art.

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Abstract

La présente invention concerne un système d'injection aérodynamique d'une chambre de combustion annulaire (3), comportant au moins une tête d'injection équipée d'une pluralité de dispositifs d'injection d'air et de carburant régulièrement répartis circonférentiellement dans le fond de chambre (2), chacun desdits dispositifs d'injection comprenant un injecteur de carburant (6), une vrille de turbulence (7) externe pour le passage de l'air de pulvérisation du carburant et un corps en forme de bol (1) comportant un voile (8) aval évasé dans le sens de l'écoulement et pourvu d'une rangée de trous de bols (9) pour l'injection d'air dans le cône de carburant pulvérisé, caractérisé en ce que le voile (8 ) présente une section transversale de forme sensiblement elliptique, l'axe de plus petite dimension étant disposé dans un plan axial de la chambre de combustion (3), et en ce que l'injecteur (6) comporte une pluralité de trous (10) d'injection de carburant de diamètres différents. <IMAGE>

Description

  • La présente invention concerne un système d'injection aérodynamique d'une chambre de combustion annulaire, comportant au moins une tête d'injection présentant une pluralité de dispositifs d'injection d'air et de carburant régulièrement répartis circonférentiellement dans le fond de chambre.
  • US 3 834 159, GB 2 028 488 et US 4 045 956 decrivent des chambres de combustion dans lesquelles on alterne des injecteurs de carburant avec des arrivées d'air. Cette alternance d'injecteurs et d'ouvertures d'admission d'air conduisent à des richesses locales hétérogènes circonférentiellement dans la zone primaire de la chambre de combustion.
  • FR-A-2 357 738 qui représente l'état de la technique le plus proche de la présente invention concerne un système d'injection dans lequel chacun des dispositifs d'injection de carburant et d'air comprend un injecteur de carburant, une vrille de turbulence externe pour le passage de l'air de pulvérisation du carburant et un corps en forme de bol comportant un voile aval évasé dans le sens de l'écoulement et pourvu d'une rangée de trous de bols pour l'injection d'air dans le cône de carburant pulvérisé.
  • Ces bols sont disposés à une certaine distance les uns des autres, et comme ils sont de section circulaire, le nombre de dispositifs d'injection équipant la chambre de combustion est élevé.
  • Le but de la présente invention est d'apporter une modification aux bols afin de diminuer le nombre d'injecteurs sans nuire au bon fonctionnement de la chambre d'injection.
  • Ce but est atteint par le fait que le voile présente une section transversale de forme sensiblement elliptique, l'axe de plus petite dimension étant disposé dans un plan axial de la chambre de combustion, et en ce que l'injecteur comporte une pluralité de trous d'injection de carburant de diamètres différents.
  • Cette disposition permet d'obtenir un front de flamme plus aplati, en jouant sur les différents diamètres des trous d'injection de carburant.
  • La chambre peut comporter une seule tête d'injection ou deux têtes d'injection espacées radialement. L'équipement d'une chambre à deux têtes avec des bols de forme elliptique selon l'invention permet d'augmenter la perméabilité du fond de chambre et donc la richesse moyenne près des injecteurs.
  • D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés dans lesquels:
    • la figure 1 est une vue en perspective d'une partie de chambre de combustion comportant une tête d'injection équipée de bols de l'art antérieur,
    • la figure 2 représente le fond de chambre équipé de bols de l'art antérieur, selon une vue prise de l'intérieur de la chambre de combustion et dans la direction opposée à l'écoulement des gaz,
    • la figure 3 est une coupe axiale d'un bol,
    • la figure 4 est une vue en perspective d'une partie de chambre de combustion comportant une tête d'injection équipée de bols selon l'invention,
    • la figure 5 est une vue du fond de chambre prise depuis l'intérieur de la chambre de combustion représentée sur la figure 4,
    • la figure 6 est une coupe axiale d'une chambre de combustion à deux têtes équipée de bols selon l'invention, et
    • la figure 7 est une vue du fond de chambre prise depuis l'intérieur de la chambre de combustion de la figure 6.
  • Les figures 1 et 2 montrent schématiquement la disposition des bols 1 de l'art antérieur dans le fond de chambre 2 d'une chambre de combustion 3 annulaire d'une turbomachine comportant une seule tête d'injection. La chambre de combustion 3 est délimitée par une virole intérieure 4 et une virole extérieure 5 reliée par le fond de chambre 2. Les bols 1 de forme tronconique et de section transversale circulaire sont disposés en amont du fond de chambre 2 et ils entourent chacun un injecteur de carburant 6 avec interposition d'une vrille de turbulence 7. Les bols 1 comportent un voile 8 évasé vers l'aval dans le sens de l'écoulement des gaz et présentant une rangée de trous de bols 9 pour l'injection d'air dans le cône de carburant pulvérisé. Le carburant est délivré par des orifices 10 ménagés dans l'injecteur 6 et est pulvérisé par l'air tourbillonnant pénétrant par la vrille de turbulence 7.
  • Les bols consécutifs la et lb sont situés à une distance X les uns des autres et la distance Y séparant deux injecteurs voisins 6a et 6b est égale à la distance X augmentée du diamètre d'un bol 1.
  • Selon la présente invention, les bols 1 ont un voile 8 qui présente une section transversale de forme elliptique, l'axe de plus petite dimension 11 étant disposé dans un plan axial de la chambre de combustion 3. L'orifice 12 permettant la fixation du bol 1 de l'invention dans le fond de chambre 2 a également une section elliptique. Les trous de bols 9 ne sont plus équidistants de l'injecteur 6. Grâce à cette disposition, la distance Y' séparant deux injecteurs consécutifs 6a et 6b d'une tête d'injection est augmentée par rapport à la distance Y de l'art antérieur, si l'on conserve la distance X séparant deux bols consécutifs la et lb et les dimensions radiales de la chambre de combustion. Il faut donc un nombre moindre d'injecteurs pour équiper la chambre de combustion 3.
  • Les trous de bols 9 peuvent être équidistants les uns des autres et avoir le même diamètre. Mais on peut également les disposer à des intervalles variables afin de répartir l'air introduit selon les nécessités. De même, on peut les répartir en secteurs comportant des trous de bols de diamètres différents comme cela est proposé dans le document FR-A-2 588 919.
  • L'injecteur 6 comporte une pluralité de trous 10 d'injection de carburant répartis sur sa périphérie afin d'injecter du carburant dans l'air tourbillonnant délivré par la vrille 7. Ces trous d'injection 10 n'ont pas tous le même diamètre, afin de mieux homogénéiser le mélange pulvérisé délivré dans la chambre de combustion 3 en aval des bols 1. De préférence, les trous d'injection 10 sont répartis en des premiers secteurs comportant des trous d'injection 10 de faible diamètre et en des deuxièmes secteurs comportant des trous d'injection 10 de gros diamètre.
  • Les figures 4 et 5 montrent une chambre de combustion 3 qui comporte une seule tête d'injection équipée de bols 1 de forme elliptique régulièrement répartis circonférentiellement dans le fond de chambre 2.
  • Les bols 1 décrits ci-dessus peuvent avantageusement équiper une chambre de combustion à deux têtes qui présente une tête de décollage 13 et une tête de ralenti 14 radialement espacées autour de l'axe de la chambre de combustion, comme on peut le voir sur les figures 6 et 7. L'espacement des bols 1 de la tête de ralenti 14 est supérieur à l'espacement des bols 1 de la tête de décollage et le nombre total de bols 1 de forme elliptique équipant la chambre de combustion 3 est inférieur au nombre de bols de section circulaire nécessaires pour équiper une chambre de combustion à deux têtes de l'art antérieur.

Claims (3)

  1. Système d'injection aérodynamique d'une chambre de combustion annulaire (3), comportant au moins une tête d'injection présentant une pluralité de dispositifs d'injection d'air et de carburant régulièrement répartis circonférentiellement dans le fond de chambre (2), chacun desdits dispositifs d'injection comprenant un injecteur de carburant (6), une vrille de turbulence (7) externe pour le passage de l'air de pulvérisation du carburant et un corps en forme de bol (1) comportant un voile (8) aval évasé dans le sens de l'écoulement et pourvu d'une rangée de trous de bols (9) pour l'injection d'air dans le cône de carburant pulvérisé,
    caractérisé en ce que le voile (8 ) présente une section transversale de forme sensiblement elliptique, l'axe de plus petite dimension étant disposé dans un plan axial de la chambre de combustion (3), et en ce que l'injecteur (6) comporte une pluralité de trous (10) d'injection de carburant de diamètres différents.
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pluralité de trous d'injection est répartie en des premiers secteurs comportant des trous d'injection de faible diamètre, et en des seconds secteurs comportant des trous d'injection de gros diamètre.
  3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la chambre de combustion (3) comporte deux têtes d'injection (13, 14) espacées radialement.
EP93402788A 1992-11-18 1993-11-17 Système d'injection aérodynamique de chambre de combustion Expired - Lifetime EP0598662B1 (fr)

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