EP1640661A2 - Système aérodynamique à effervescence d'injection air/carburant dans une chambre de combustion de turbomachine - Google Patents

Système aérodynamique à effervescence d'injection air/carburant dans une chambre de combustion de turbomachine Download PDF

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EP1640661A2
EP1640661A2 EP05291869A EP05291869A EP1640661A2 EP 1640661 A2 EP1640661 A2 EP 1640661A2 EP 05291869 A EP05291869 A EP 05291869A EP 05291869 A EP05291869 A EP 05291869A EP 1640661 A2 EP1640661 A2 EP 1640661A2
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EP
European Patent Office
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fuel
tubular structure
air
gas
opens
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EP05291869A
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German (de)
English (en)
Other versions
EP1640661B1 (fr
EP1640661A3 (fr
Inventor
Igor Mantchenkov
Thomas Noel
Alexander Novikov
Vladimir Orlov
Valery Pikalov
Gilles Rollin
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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Publication date
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Publication of EP1640661A3 publication Critical patent/EP1640661A3/fr
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/10—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour
    • F23D11/16—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying being induced by a gaseous medium, e.g. water vapour in which an emulsion of water and fuel is sprayed

Definitions

  • the present invention relates to the general field of injection systems of an air / fuel mixture in a turbomachine combustion chamber. It is more particularly an aerodynamic type injection system provided with means for creating an effervescence of the fuel before it is mixed with the air.
  • the combustion chamber of a turbomachine typically consists of a system for injecting an air / fuel mixture into a flame tube, a cooling system and a dilution system.
  • the combustion is organized mainly within a first part of the flame tube (called the primary zone) in which it is stabilized by means of zones of recirculation of the air / fuel mixture induced by the flow of air coming from the injection system.
  • the primary zone a first part of the flame tube
  • the dilution zone the chemical activity used is lower and the flow is diluted by means of dilution holes.
  • the atomization time thus represents the time required for the disintegration of the fuel layer by air and the formation of an air / fuel spray. It depends mainly on the performance and technology of the injection system used and the aerodynamics in the vicinity of the fuel table.
  • the evaporation time also depends on the injection system used. It is directly a function of the size of the droplets resulting from the disintegration of the fuel layer; the smaller the droplets, the lower the evaporation time.
  • the mixing time corresponds to the time required for the fuel vapors from the evaporation of the droplets to mix with the air. It mainly depends on the level of turbulence inside the combustion chamber and therefore the dynamics of the flow in the primary zone.
  • chemical time it represents the time required for chemical reactions to develop. It depends on the pressures and temperatures at the entry of the hearth and the nature of the fuel used.
  • the injection system used therefore plays a key role in the process of developing a combustion chamber, in particular in the optimization of the characteristic times of atomization and evaporation of the fuel.
  • Aerodynamic injection systems known from the prior art have many disadvantages.
  • the atomization of the fuel deteriorates sharply, which decreases the stability of the combustion at the risk of seeing the fireplace go out and increases the pollutant emissions type oxides of nitrogen.
  • the main purpose of the present invention is therefore to overcome such drawbacks by proposing an aerodynamic injection system which makes it possible to reduce the characteristic times of atomization and evaporation of the fuel at all operating speeds of the turbomachine.
  • an aerodynamic injection system of an air / fuel mixture in a turbomachine combustion chamber comprising a tubular structure of axis XX 'which opens at a downstream end for the air / fuel mixture.
  • fuel at least one air supply channel which is connected to a compressor stage of the turbomachine and which opens into the tubular structure so as to introduce air at a pressure P A , and an annular passage of fuel which is formed in the tubular structure about its axis XX ', is connected to at least one fuel supply channel in which fuel flows at a pressure P C , and opens at a downstream end in the tubular structure forming in this enlargement, characterized in that it further comprises means for injecting into the at least one fuel supply channel a gas at a pressure P G which is greater than P A and greater than or equal to P C to to create an effervescence of the fuel during its introduction into the tubular structure.
  • the injection system comprises at least one gas injection channel which opens into the fuel supply channel and which is connected to a gas supply line.
  • the gas injection channel opens substantially perpendicularly into the fuel supply channel.
  • the injection system may comprise an annular gas distribution cavity which is formed in the tubular structure around the fuel passage, is connected to the gas supply line and opens into the gas injection channel.
  • the injection system may also include an annular fuel dispensing cavity that is formed in the tubular structure, is connected to a fuel supply line and opens into the fuel supply channel.
  • the air supply channel is disposed around the tubular structure and opens axially into the fuel passage at an upstream end thereof.
  • the annular fuel passage may have a sectional decrease in the flow direction of the fuel to accelerate the flow of fuel into the tubular structure.
  • the gas used is air which is preferably taken from a compressor stage of the turbomachine before being compressed.
  • a device for controlling the flow of gas injected into the fuel supply channel is provided.
  • the aerodynamic injection system 2, 2 ' is in the general form of a tubular structure 4 of axis XX' which is open at its downstream end 4b for the air / fuel mixture.
  • the injection system 2, 2 ' comprises at least one air supply duct 6, 6' which is connected to a compressor stage (not shown) of the turbomachine and which opens into the tubular structure 4.
  • the air is thus introduced into the tubular structure 4 by this or these channels 6, 6 'at a pressure P A , for example of the order of 0.5 to 50 bar.
  • the injection system 2, 2 ' also comprises an annular fuel passage 8 which is formed in the tubular structure, about its axis XX'.
  • This fuel passage 8 opens at its downstream end 8b into the tubular structure 4 forming in it a sudden enlargement.
  • the fuel passage 8 which is centered on the axis XX 'of the tubular structure 4, is connected to at least one fuel supply channel 10 in which fuel is circulated at a pressure P C.
  • This passage 8 makes it possible to introduce fuel into the tubular structure 4 in the axial direction XX '.
  • the pressure P C of the fuel circulating in the fuel supply channel 10 is of the order of 4 to 80 bar.
  • the annular fuel passage 8 may, for example, be connected to twenty fuel supply channels 10 which are regularly distributed over the entire circumference of the tubular structure 4 in order to obtain a homogeneous distribution of fuel in passage 8.
  • the fuel supply channels 10 are inclined tangentially with respect to the annular fuel passage 8, for example at an angle of about 45 ° ( Figure 2). In this way, the fuel is rotated during its introduction in the passage 8.
  • the injection system 2, 2 'further comprises at least one gas injection channel 12 which opens into the fuel supply channel (s) 10 and which is connected to a fuel line. gas supply 14.
  • a gas injection channel 12 can be provided for each fuel supply channel 10.
  • the injection system 2 thus comprises twenty channels. injection of gas 12 distributed on the circumference of the tubular structure 4. Alternatively, it could also be expected fewer gas injection channels that fuel supply channels.
  • the gas is introduced into the fuel supply channel (s) 10 at a pressure P G which is greater than the pressure P A of the air introduced into the tubular structure 4 by the channel (s). 6, 6 'and which is greater than or approximately equal to the pressure P C of the fuel flowing in the fuel supply channel (s) 10.
  • the introduction of the gas into the fuel supply channel (s) 10 at a pressure P G greater than the pressure P A and greater than or equal to the pressure P C makes it possible to create a liquid / gas mixture at the pressure P C before its introduction into the tubular structure 4.
  • the effervescence of the fuel is characterized by the atomization of the fuel produced by the sudden expansion of the gas during introduction into the tubular structure 4.
  • the effervescence of the fuel occurs when the following conditions are met: the gas must be at least at a pressure P G substantially equal to that (P C ) of the fuel (or slightly overpressure relative thereto) and the mixing of the gas with the fuel must occur in a substantially confined space (in this case, mixing takes place in the confluence zone of the gas injection channels 12 and fuel supply 10).
  • the effervescence of the fuel is characterized by the presence of gas bubbles in the sheet of fuel flowing in the fuel passage 8.
  • the expansion of the gas bubbles during the introduction of the mixture into the tubular structure 4 allows thus to facilitate its subsequent atomization.
  • the characteristic times of atomization and evaporation of the fuel are therefore reduced.
  • the gas is an inert gas which has no direct influence on the combustion of the air / fuel mixture.
  • the gas is air that is taken from a compressor stage of the turbomachine and is compressed again to reach a pressure P G greater than the pressure P A of the air supplying the channel or channels. air supply 6, 6 '.
  • the gas injection channel (s) 12 open substantially perpendicularly into the fuel supply channel (s) 10. This particular arrangement makes it possible to promote the appearance of the effervescence of the fuel. fuel.
  • An annular gas cavity 16 may be formed in the tubular structure 4 around the fuel passage 8. Such a gas cavity 16 is centered on the axis XX 'of the tubular structure 4 so as to be coaxial with the fuel passage 8 It is connected to the gas supply pipe 14 and opens into the gas injection channel (s) 12. This gas cavity 16 thus acts as a gas distribution cavity.
  • annular fuel cavity 18 may be formed in the tubular structure 4. As illustrated in the figures, this fuel cavity 18 is also centered on the axis XX 'of the tubular structure 4 so as to be coaxial with the passage 8 and the gas cavity 16. It is connected to a fuel supply line 20 and opens into the fuel supply channel (s) 10. This fuel cavity 18 also acts as a fuel distribution cavity.
  • the injection system 2, 2 'further comprises a device 22 for controlling the flow of gas injected into the fuel supply channel 10.
  • a device 22 thus makes it possible to control the gas flow that must be injected to achieve the effervescence of the fuel.
  • the control of the gas flow can be a function of the flow rate and the pressure P C of the fuel.
  • the injection system 2 may comprise two rows of air supply ducts 6 spaced axially from one another and regularly distributed over the entire circumference of the tubular structure 4. These channels 6 may to open at the upstream end 4a of the tubular structure 4.
  • the injection system 2 preferably comprises an external air swirler 24 which is arranged around the tubular structure 4 and is offset radially with respect to the fuel passage 8.
  • This external air swirler 24 is intended to inject air at the outlet of the tubular structure 4 in a substantially axial direction and also with a rotation effect.
  • the effervescence fuel that is introduced into the tubular structure 4 through the fuel passage 8 is atomized by the shearing effect of the air from the air supply ducts 6 and the external air swirler 24. .
  • the air supplying the external air swirler 24 is preferably taken from a compressor stage of the turbomachine, for example at the same stage as the air introduced into the tubular structure 4 by the air supply channel (s).
  • a divergent bowl 26 may be mounted downstream of the tubular structure 4.
  • the injection system 2 ' comprises a single air supply channel 6'.
  • This one is annular; it is arranged around the tubular structure 4 and opens axially into the fuel passage 8 at an upstream end 8a thereof.
  • the air introduced through this channel 6 'at a pressure P A thus flows into the fuel passage 8 before being introduced into the tubular structure 4 at the widening thereof.
  • the fuel passage 8 preferably has a reduction of section 8c in the direction of flow of the fuel to accelerate the flow of fuel in the tubular structure 4.

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Abstract

Système d'injection aérodynamique (2) d'un mélange air/carburant dans une chambre de combustion de turbomachine, comportant une structure tubulaire (4) d'axe XX' qui s'ouvre à une extrémité aval (4b) pour le mélange air/carburant, au moins un canal d'alimentation en air (6) qui débouche dans la structure (4) de façon à y introduire de l'air à une pression PA, un passage annulaire de carburant (8) qui est formé dans la structure (4) autour de son axe XX', est relié à au moins un canal d'alimentation en carburant (10) dans lequel circule du carburant à une pression PC, et débouche à une extrémité aval (8b) dans la structure (4), et des moyens pour injecter dans le au moins un canal d'alimentation en carburant (10) un gaz à une pression PG qui est supérieure à PA et supérieure ou égale à PC afin de créer une effervescence du carburant lors de son introduction dans la structure.

Description

    Arrière-plan de l'invention
  • La présente invention se rapporte au domaine général des systèmes d'injection d'un mélange air/carburant dans une chambre de combustion de turbomachine. Elle vise plus particulièrement un système d'injection de type aérodynamique muni de moyens pour créer une effervescence du carburant avant son mélange avec l'air.
  • Le processus classique d'élaboration et d'optimisation d'une chambre de combustion d'une turbomachine a pour objectif principal de concilier la mise en oeuvre des performances opérationnelles de la chambre (rendement de combustion, domaine de stabilité, domaine d'allumage et de rallumage, durée de vie du foyer de combustion, etc.) en fonction de la mission envisagée pour l'avion sur lequel est montée la turbomachine tout en minimisant les émissions polluantes (oxydes d'azote, monoxyde de carbone, hydrocarbures imbrûlés, etc.). Pour ce faire, il est notamment possible de jouer sur la nature et les performances du système d'injection du mélange air/carburant dans la chambre de combustion, la répartition de l'air de dilution dans la chambre et la dynamique du mélange air/carburant dans la chambre.
  • La chambre de combustion d'une turbomachine se compose typiquement d'un système d'injection d'un mélange air/carburant dans un tube à flamme, d'un système de refroidissement et d'un système de dilution. La combustion s'organise principalement au sein d'une première partie du tube à flamme (appelée zone primaire) dans laquelle elle est stabilisée au moyen de zones de re-circulation du mélange air/carburant induites par l'écoulement d'air issu du système d'injection. Dans la seconde partie du tube de mélange (appelée zone de dilution), l'activité chimique mise en oeuvre est plus faible et l'écoulement est dilué au moyen de trous de dilution.
  • Dans la zone primaire du tube à flamme, différents phénomènes physiques interviennent : injection et atomisation en fines gouttelettes du carburant, évaporation des gouttelettes, mélange des vapeurs de carburant avec l'air et réactions chimiques d'oxydation du carburant par l'oxygène de l'air.
  • Ces phénomènes physiques sont régis par des temps caractéristiques. Le temps d'atomisation représente ainsi le temps nécessaire à la désintégration de la nappe de carburant par l'air et à la formation d'un spray d'air/carburant. Il dépend principalement des performances et de la technologie du système d'injection utilisé et de l'aérodynamique au voisinage de la nappe de carburant. Le temps d'évaporation dépend également du système d'injection utilisé. Il est directement fonction de la taille des gouttelettes issues de la désintégration de la nappe de carburant ; plus les gouttelettes sont petites, plus le temps d'évaporation est faible. Le temps de mélange correspond au temps nécessaire aux vapeurs de carburant provenant de l'évaporation des gouttelettes pour se mélanger à l'air. Il dépend principalement du niveau de turbulence à l'intérieur du foyer de combustion et donc de la dynamique de l'écoulement dans la zone primaire. Quant au temps chimique, il représente le temps nécessaire aux réactions chimiques pour se développer. Il dépend des pressions et températures en entrée de foyer et de la nature du carburant utilisé.
  • Le système d'injection utilisé joue donc un rôle primordial dans le processus d'élaboration d'une chambre de combustion, notamment dans l'optimisation des temps caractéristiques d'atomisation et d'évaporation du carburant.
  • Il existe deux familles principales de systèmes d'injection : les systèmes « aéromécaniques » pour lesquels l'atomisation du carburant provient d'une différence importante de pression entre le carburant et l'air et les systèmes « aérodynamiques » pour lesquels l'atomisation du carburant est due au cisaillement du carburant entre deux nappes d'air. La présente invention vise plus particulièrement de tels systèmes aérodynamiques.
  • Les systèmes d'injection aérodynamiques connus de l'art antérieur présentent de nombreux inconvénients. Notamment, aux faibles régimes de la turbomachine, l'atomisation du carburant se dégrade fortement, ce qui diminue la stabilité de la combustion au risque de voir le foyer s'éteindre et augmente les émissions polluantes de type oxydes d'azote.
    • Objet et résumé de l'invention
  • La présente invention a donc pour but principal de pallier de tels inconvénients en proposant un système d'injection aérodynamique qui permet de réduire les temps caractéristiques d'atomisation et d'évaporation du carburant à tous les régimes de fonctionnement de la turbomachine.
  • A cet effet, il est prévu un système d'injection aérodynamique d'un mélange air/carburant dans une chambre de combustion de turbomachine, comportant une structure tubulaire d'axe XX' qui s'ouvre à une extrémité aval pour le mélange air/carburant, au moins un canal d'alimentation en air qui est relié à un étage de compresseur de la turbomachine et qui débouche dans la structure tubulaire de façon à y introduire de l'air à une pression PA, et un passage annulaire de carburant qui est formé dans la structure tubulaire autour de son axe XX', est relié à au moins un canal d'alimentation en carburant dans lequel circule du carburant à une pression PC, et débouche à une extrémité aval dans la structure tubulaire en formant dans celle-ci un élargissement, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour injecter dans le au moins un canal d'alimentation en carburant un gaz à une pression PG qui est supérieure à PA et supérieure ou égale à PC afin de créer une effervescence du carburant lors de son introduction dans la structure tubulaire.
  • Le fait d'injecter dans la conduite de carburant un gaz à une pression supérieure ou égale à la pression du carburant créé un mélange liquide/gaz à la pression PC préalablement à son introduction dans la structure principale dans laquelle il sera dispersé. Lors de la détente de ce mélange de pression PC à la pression interne dans la structure principale, l'expansion brutale de la phase gazeuse provoque la désintégration de la nappe de carburant : c'est l'effervescence. De la sorte, les temps caractéristiques d'atomisation et d'évaporation du carburant à la sortie du système d'injection peuvent être considérablement réduits.
  • Ces gains permettent ainsi, aux faibles régimes de fonctionnement de la turbomachine, d'améliorer le rendement de combustion et d'augmenter la résistance du foyer de combustion à l'extinction, et aux régimes plein gaz de fonctionnement de la turbomachine, de limiter la formation d'émissions polluantes de type oxydes d'azote et suies.
  • De façon plus particulière, le système d'injection comporte au moins un canal d'injection en gaz qui débouche dans le canal d'alimentation en carburant et qui est relié à une conduite d'alimentation en gaz.
  • Avantageusement, le canal d'injection en gaz débouche de façon sensiblement perpendiculaire dans le canal d'alimentation en carburant.
  • Le système d'injection peut comporter une cavité annulaire de distribution de gaz qui est formée dans la structure tubulaire autour du passage de carburant, est reliée à la conduite d'alimentation en gaz et débouche dans le canal d'injection de gaz.
  • Le système d'injection peut également comporter une cavité annulaire de distribution de carburant qui est formée dans la structure tubulaire, est reliée à une conduite d'alimentation en carburant et débouche dans le canal d'alimentation en carburant.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, le canal d'alimentation en air débouche dans la structure tubulaire à une extrémité amont de celle-ci. Le système d'injection peut comporter une vrille d'air externe qui est disposée autour de la structure tubulaire, est décalée radialement par rapport au passage de carburant et destinée à injecter de l'air en sortie de la structure tubulaire selon une direction sensiblement axiale. La vrille d'air externe peut être reliée à un étage de compresseur de la turbomachine et un bol formant divergent peut être monté en aval de la structure tubulaire.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, le canal d'alimentation en air est disposé autour de la structure tubulaire et débouche axialement dans le passage de carburant à une extrémité amont de celui-ci. Le passage annulaire de carburant peut présenter une diminution de section dans le sens d'écoulement du carburant afin d'accélérer l'écoulement de carburant dans la structure tubulaire.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le gaz utilisé est de l'air qui est de préférence prélevé sur un étage de compresseur de la turbomachine avant d'être comprimé.
  • Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il est prévu un dispositif de pilotage du débit de gaz injecté dans le canal d'alimentation en carburant.
    • Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures :
    • la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un système d'injection selon un mode de réalisation de l'invention ;
    • la figure 2 est une vue en coupe selon II-II et partiellement en écorché de la figure 1 ; et
    • la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un système d'injection selon un autre mode de réalisation de l'invention.
    Description détaillée d'un mode de réalisation
  • En liaison avec les figures 1 à 3, le système d'injection aérodynamique 2, 2' selon l'invention se présente sous la forme générale d'une structure tubulaire 4 d'axe XX' qui est ouverte à son extrémité aval 4b pour le mélange air/carburant.
  • Le système d'injection 2, 2' comporte au moins un canal d'alimentation en air 6, 6' qui est relié à un étage de compresseur (non représenté) de la turbomachine et qui débouche dans la structure tubulaire 4. L'air est donc introduit dans la structure tubulaire 4 par ce ou ces canaux 6, 6' à une pression PA, par exemple de l'ordre de 0,5 à 50 bar.
  • Le système d'injection 2, 2' comporte également un passage annulaire de carburant 8 qui est formé dans la structure tubulaire, autour de son axe XX'. Ce passage de carburant 8 débouche à son extrémité aval 8b dans la structure tubulaire 4 en formant dans celle-ci un élargissement brusque.
  • Le passage de carburant 8, qui est centré sur l'axe XX' de la structure tubulaire 4, est relié à au moins un canal d'alimentation en carburant 10 dans lequel circule du carburant à une pression PC. Ce passage 8 permet d'introduire du carburant dans la structure tubulaire 4 selon la direction axiale XX'. A titre d'exemple, la pression PC du carburant circulant dans le canal d'alimentation en carburant 10 est de l'ordre de 4 à 80 bar.
  • Comme illustré sur la figure 2, le passage annulaire de carburant 8 peut par exemple être relié à vingt canaux d'alimentation en carburant 10 qui sont régulièrement répartis sur toute la circonférence de la structure tubulaire 4 afin d'obtenir une distribution homogène de carburant dans le passage 8.
  • De préférence, les canaux d'alimentation en carburant 10 sont inclinés tangentiellement par rapport au passage annulaire de carburant 8, par exemple d'un angle de l'ordre de 45° environ (figure 2). De la sorte, le carburant est mis en rotation lors de son introduction dans le passage 8.
  • Selon l'invention, le système d'injection 2, 2' comporte en outre comporte au moins un canal d'injection en gaz 12 qui débouche dans le ou les canaux d'alimentation en carburant 10 et qui est relié à une conduite d'alimentation en gaz 14.
  • Comme illustré sur la figure 2, il peut être prévu un canal d'injection en gaz 12 pour chaque canal d'alimentation en carburant 10. Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le système d'injection 2 comporte ainsi vingt canaux d'injection en gaz 12 répartis sur la circonférence de la structure tubulaire 4. Alternativement, il pourrait également être prévu moins de canaux d'injection de gaz que de canaux d'alimentation en carburant.
  • Toujours selon l'invention, le gaz est introduit dans le ou les canaux d'alimentation en carburant 10 à une pression PG qui est supérieure à la pression PA de l'air introduit dans la structure tubulaire 4 par le ou les canaux d'alimentation en air 6, 6' et qui est supérieure ou approximativement égale à la pression PC du carburant circulant dans le ou les canaux d'alimentation en carburant 10.
  • L'introduction du gaz dans le ou les canaux d'alimentation en carburant 10 à une pression PG supérieure à la pression PA et supérieure ou égale à la pression PC permet de créer un mélange liquide/gaz à la pression PC avant son introduction dans la structure tubulaire 4. L'effervescence du carburant se caractérise par l'atomisation du carburant produit par l'expansion brutale du gaz lors de l'introduction dans la structure tubulaire 4.
  • Plus particulièrement, l'effervescence du carburant se produit lorsque les conditions suivantes sont réunies : le gaz doit être au moins à une pression PG sensiblement égale à celle (PC) du carburant (voire en légère surpression par rapport à celle-ci), et le mélange du gaz avec le carburant doit se produire dans un espace sensiblement confiné (en l'espèce, le mélange s'effectue dans la zone de confluence des canaux d'injection en gaz 12 et d'alimentation en carburant 10).
  • L'effervescence du carburant est caractérisée par la présence de bulles de gaz dans la nappe de carburant qui s'écoule dans le passage de carburant 8. L'expansion des bulles de gaz lors de l'introduction du mélange dans la structure tubulaire 4 permet ainsi de faciliter son atomisation ultérieure. Les temps caractéristiques d'atomisation et d'évaporation du carburant s'en trouvent donc diminués.
  • De préférence, le gaz est un gaz inerte qui n'a pas d'influence directe sur la combustion du mélange air/carburant. Par exemple, le gaz est de l'air qui est prélevé sur un étage de compresseur de la turbomachine et qui est à nouveau comprimé pour atteindre une pression PG supérieure à la pression PA de l'air alimentant le ou les canaux d'alimentation en air 6, 6'.
  • Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le ou les canaux d'injection en gaz 12 débouchent de façon sensiblement perpendiculaire dans le ou les canaux d'alimentation en carburant 10. Cet arrangement particulier permet de favoriser l'apparition de l'effervescence du carburant.
  • Une cavité annulaire de gaz 16 peut être formée dans la structure tubulaire 4 autour du passage de carburant 8. Une telle cavité de gaz 16 est centrée sur l'axe XX' de la structure tubulaire 4 de façon à être coaxiale au passage de carburant 8. Elle est reliée à la conduite d'alimentation en gaz 14 et débouche dans le ou les canaux d'injection de gaz 12. Cette cavité de gaz 16 joue ainsi le rôle de cavité de distribution du gaz.
  • De même, une cavité annulaire de carburant 18 peut être formée dans la structure tubulaire 4. Comme illustré sur les figures, cette cavité de carburant 18 est également centrée sur l'axe XX' de la structure tubulaire 4 de façon à être coaxiale au passage de carburant 8 et à la cavité de gaz 16. Elle est reliée à une conduite d'alimentation en carburant 20 et débouche dans le ou les canaux d'alimentation en carburant 10. Cette cavité de carburant 18 joue aussi un rôle de cavité de distribution du carburant.
  • Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le système d'injection 2, 2' comporte en outre un dispositif de pilotage 22 du débit de gaz injecté dans le canal d'alimentation en carburant 10. Un tel dispositif 22 permet ainsi de contrôler le débit de gaz qu'il est nécessaire d'injecter pour réaliser l'effervescence du carburant. Par exemple, le pilotage du débit de gaz peut être fonction du débit et de la pression PC du carburant.
  • On décrira maintenant les particularités du mode de réalisation du système d'injection 2 selon l'invention illustré par les figures 1 et 2.
  • Dans ce mode de réalisation, le système d'injection 2 peut comporter deux rangées de canaux d'alimentation en air 6 espacées axialement l'une de l'autre et régulièrement répartis sur toute la circonférence de la structure tubulaire 4. Ces canaux 6 peuvent déboucher au niveau de l'extrémité amont 4a de la structure tubulaire 4.
  • L'air introduit par ce ou ces canaux 6 à une pression PA s'écoule donc dans la structure tubulaire 4 selon la direction axiale XX' jusqu'à l'extrémité aval 4b de celle-ci avec un effet de rotation dans la structure tubulaire 4.
  • Par ailleurs, le système d'injection 2 comporte de préférence une vrille d'air externe 24 qui est disposée autour de la structure tubulaire 4 et est décalée radialement par rapport au passage de carburant 8. Cette vrille d'air externe 24 est destinée à injecter de l'air en sortie de la structure tubulaire 4 selon une direction sensiblement axiale et également avec un effet de rotation. Ainsi, le carburant en effervescence qui est introduit dans la structure tubulaire 4 par le passage de carburant 8 est atomisé par l'effet de cisaillement de l'air provenant des canaux d'alimentation en air 6 et de la vrille d'air externe 24.
  • L'air alimentant la vrille d'air externe 24 est de préférence prélevé à un étage de compresseur de la turbomachine, par exemple au même étage que l'air introduit dans la structure tubulaire 4 par le ou les canaux d'alimentation en air 6. De plus, toujours dans ce mode de réalisation de l'invention, un bol 26 formant divergent peut être monté en aval de la structure tubulaire 4.
  • On décrira maintenant les spécificités du mode de réalisation du système d'injection 2' illustré par la figure 3.
  • Dans ce mode de réalisation, le système d'injection 2' comporte un unique canal d'alimentation en air 6'. Celui-ci est annulaire ; il est disposé autour de la structure tubulaire 4 et débouche axialement dans le passage de carburant 8 à une extrémité amont 8a de celui-ci. L'air introduit par ce canal 6' à une pression PA s'écoule donc dans le passage de carburant 8 avant d'être introduit dans la structure tubulaire 4 au niveau de l'élargissement de celle-ci.
  • Par ailleurs, le passage de carburant 8 présente de préférence une diminution de section 8c dans le sens d'écoulement du carburant afin d'accélérer l'écoulement de carburant dans la structure tubulaire 4.

Claims (17)

  1. Système d'injection aérodynamique (2, 2') d'un mélange air/carburant dans une chambre de combustion de turbomachine, comportant :
    une structure tubulaire (4) d'axe XX' qui s'ouvre à une extrémité aval (4b) pour le mélange air/carburant ;
    au moins un canal d'alimentation en air (6, 6') qui est relié à un étage de compresseur de la turbomachine et qui débouche dans la structure tubulaire (4) de façon à y introduire de l'air à une pression PA ; et
    un passage annulaire de carburant (8) qui est formé dans la structure tubulaire (4) autour de son axe XX', est relié à au moins un canal d'alimentation en carburant (10) dans lequel circule du carburant à une pression PC, et débouche à une extrémité aval (8b) dans la structure tubulaire (4) en formant dans celle-ci un élargissement ;
    caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens pour injecter dans le au moins un canal d'alimentation en carburant (10) un gaz à une pression PG qui est supérieure à PA et supérieure ou égale à PC afin de créer une effervescence du carburant lors de son introduction dans la structure tubulaire (4).
  2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un canal d'injection en gaz (12) qui débouche dans le ou les canaux d'alimentation en carburant (10) et qui est relié à une conduite d'alimentation en gaz (14).
  3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le canal d'injection en gaz (12) débouche de façon sensiblement perpendiculaire dans le ou les canaux d'alimentation en carburant (10).
  4. Système selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une cavité annulaire de distribution de gaz (16) qui est formée dans la structure tubulaire (4) autour du passage de carburant (8), est reliée à la conduite d'alimentation en gaz (14) et débouche dans le canal d'injection de gaz (12).
  5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une cavité annulaire de distribution de carburant (18) qui est formée dans la structure tubulaire (4), est reliée à une conduite d'alimentation en carburant (20) et débouche dans le canal d'alimentation en carburant (10).
  6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le ou les canaux d'alimentation en carburant (10) sont inclinés tangentiellement par rapport au passage annulaire de carburant (8).
  7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le canal d'alimentation en air (6) débouche dans la structure tubulaire (4) à une extrémité amont (4a) de celle-ci avec mise en rotation de l'air.
  8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une vrille d'air externe (24) qui est disposée autour de la structure tubulaire (4), est décalée radialement par rapport au passage de carburant (8) et destinée à injecter de l'air en sortie de la structure tubulaire (4) selon une direction sensiblement axiale et avec un mouvement de rotation.
  9. Système selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce que la vrille d'air externe (24) est reliée à un étage de compresseur de la turbomachine.
  10. Système selon l'une quelconque des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un bol (26) formant divergent monté en aval de la structure tubulaire (4).
  11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le canal d'alimentation en air (6') est disposé autour de la structure tubulaire (4) et débouche axialement dans le passage de carburant (8) à une extrémité amont (8a) de celui-ci.
  12. Système selon la revendication 11, caractérisé en ce que le passage annulaire de carburant (8) présente une diminution de section (8c) dans le sens d'écoulement du carburant afin d'accélérer l'écoulement de carburant dans la structure tubulaire (4).
  13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le gaz est de l'air.
  14. Système selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'air composant le gaz est prélevé sur un étage de compresseur de la turbomachine avant d'être comprimé.
  15. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif de pilotage (22) du débit de gaz injecté dans le canal d'alimentation en carburant.
  16. Chambre de combustion de turbomachine comprenant un système d'injection aérodynamique (2, 2') d'un mélange air/carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
  17. Turbomachine comprenant une chambre de combustion munie d'un système d'injection aérodynamique (2, 2') d'un mélange air/carburant selon l'une quelconque des revendications 1 à 15.
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