EP2071242A1 - Système d'injection d'un mélange d'air et de carburant dans une chambre de combustion de turbomachine - Google Patents

Système d'injection d'un mélange d'air et de carburant dans une chambre de combustion de turbomachine Download PDF

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EP2071242A1
EP2071242A1 EP08169015A EP08169015A EP2071242A1 EP 2071242 A1 EP2071242 A1 EP 2071242A1 EP 08169015 A EP08169015 A EP 08169015A EP 08169015 A EP08169015 A EP 08169015A EP 2071242 A1 EP2071242 A1 EP 2071242A1
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EP
European Patent Office
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air
venturi
injection system
ducts
annular
Prior art date
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EP08169015A
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German (de)
English (en)
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EP2071242B1 (fr
Inventor
Christophe Pieussergues
Denis Jean Maurice Sandelis
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Safran Aircraft Engines SAS
Original Assignee
SNECMA SAS
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Publication date
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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
    • F23R3/02—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
    • F23R3/12—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex
    • F23R3/14—Air inlet arrangements for primary air inducing a vortex by using swirl vanes
    • 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
    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
    • F23R2900/03041—Effusion cooled combustion chamber walls or domes

Definitions

  • the present invention relates to a system for injecting a mixture of air and fuel into a combustion chamber of a turbomachine, such as an airplane turbojet or turboprop engine.
  • An injection system of this type generally comprises a fuel injector and primary and secondary tendrils which are arranged downstream of the injector, coaxially with it, and which each delimit a radial air flow downstream of the injector.
  • the air flows from the two tendrils are delimited by a venturi inserted between the two tendrils and a frustoconical bowl which is mounted downstream of the tendrils and which accelerate the flow of the air / fuel mixture towards the combustion chamber.
  • the venturi has an inner surface having a constriction or narrowing and delimiting a premix chamber in which are mixed a portion of the fuel ejected by the injector and the air flow delivered by the primary swirler
  • the present invention is intended in particular to provide a simple, effective and economical solution to these problems of the prior art.
  • a system for injecting a mixture of air and of fuel in a turbomachine combustion chamber comprising a fuel injector and a venturi disposed downstream of the injector, coaxially thereto, the venturi having an inner surface delimiting a premix chamber in which fuel is mixed and a flow of air coming from an external enclosure and passing through a primary swirler upstream of the venturi, characterized in that the venturi comprises an internal annular cavity for air circulation, this cavity being connected by inlet ducts, air to the outer enclosure and through air outlet ducts to the premix chamber, the air outlet ducts opening on the inner surface of the venturi to prevent the deposition of soot and the formation of coke on this surface .
  • a flow of air coming from an external enclosure circulates in the internal cavity of the venturi and is then injected into the premixing chamber, through air outlet ducts opening onto the inner surface of the venturi, for forming a film of air near this surface opposing the deposition of soot and the formation of coke on this surface.
  • the flow of air injected into the premix chamber is sufficient to prevent the air / fuel mixture coming into contact with the inner surface of the venturi, but is also small enough not to impede the flow of air and the air. injection of fuel inside the venturi and not to cause flow detachment at the outlet of the venturi.
  • the air flow circulating in the internal cavity of the venturi represents approximately 0.5 to 1% of the air flow supplying the injection system.
  • the venturi comprises at its upstream end an annular flange extending radially outwards and separating the primary swirler from a secondary swirl of passage of a second air flow, the cavity annular extending into the venturi rim.
  • the annular cavity has a substantially L-shaped section.
  • the venturi is formed of two annular pieces of substantially L-shaped section which are coaxially engaged one inside the other and which are fixed to each other by brazing or welding, the first and the second piece parts delimiting between them the annular cavity of air circulation.
  • the first part extends upstream and inside the second part and has a substantially radial upstream annular wall which is connected at its inner periphery to a substantially cylindrical downstream wall in which the air outlet ducts are formed.
  • the second part comprises a substantially radial upstream annular wall which is connected at its inner periphery to a substantially cylindrical downstream wall, the radial wall being fixed at its outer periphery to the outer periphery of the radial wall of the first part, and its cylindrical wall. being attached at its downstream end to the downstream end of the cylindrical wall of the first piece.
  • At least a portion of the air inlet ducts may extend substantially radially relative to the axis of the injector and be formed at the outer periphery of the radial wall of one or each part.
  • the air coming from the external enclosure then passes radially from outside to inside directly inside the internal cavity of the venturi.
  • At least a portion of the air inlet ducts extend substantially parallel to the axis of the injector and are formed through blades of the secondary swirler and the radial wall of the second room.
  • air from the outer enclosure flows axially downstream upstream in the ducts formed in the vanes of the secondary auger and in the radial wall of the second part into the internal cavity of the venturi.
  • the air outlet ducts are inclined axially and circumferentially with respect to the axis of the injector, in the same direction as the vanes of the primary swirler, so that that the air leaving these ducts does not disturb the flow of air delivered by the primary swirler and does not impact the head of the injector.
  • the invention thus makes it possible to prevent the formation of coke on the venturi without modifying the flow of air and fuel injection inside the venturi.
  • each outlet duct formed between the axis of this duct and the axis of the injector is for example between 10 and 40 °, this angle being measured in a plane passing through the axis of the injector.
  • each outlet duct formed between the axis of this duct and a plane passing through the axis of the injector is, for example, between approximately 50 and 75 °, this angle being measured in a plane perpendicular to the axis of the injector.
  • the outlets of the air outlet ducts are regularly arranged around the axis of the injector and are distributed in one, two, three or four annular rows spaced axially from each other.
  • the inclinations in the axial and circumferential direction of the air ducts may vary from row to row.
  • the injection system comprises for example between 10 and 30 air inlet ducts and between 10 and 30 air outlet ducts.
  • the invention also relates to a turbomachine, such as an airplane turbojet or turboprop, comprising an injection system as described above.
  • the invention also relates to a venturi for an injection system as described above, comprising an inner surface having a neck, characterized in that it is formed of two annular pieces of substantially L-shaped section which are coaxially attached to one another. inside the other and which delimit between them an internal cavity of air circulation, the inner annular part having a cylindrical wall having air outlet ducts connected at one of their ends to the internal cavity and opening at the other of their ends on the inner surface, and the outer annular wall having a radial annular wall having at its outer periphery air inlet ducts connected at one of their ends to the internal cavity.
  • the figure 1 represents an annular combustion chamber 10 of a turbomachine such as a turbojet engine or an airplane turboprop, this chamber being arranged at the outlet of a diffuser 12, itself located at the outlet of a compressor (not shown).
  • the chamber 10 comprises a wall of internal revolution 14 and a wall of external revolution 16, connected upstream to an annular wall 18 of the chamber bottom and attached downstream by internal and external 20 frustoconical ferrules 22 respectively on an internal frustoconical web 24 of the diffuser, and on an outer casing 26 of the chamber, the upstream end of this housing 26 being connected to an outer frustoconical web 28 of the diffuser.
  • An annular fairing 29 is attached to the upstream ends of the walls 14, 16 and 18 of the chamber and includes air passage holes aligned with openings 30 of the wall 18 of the chamber floor in which are mounted systems 32 for injecting a mixture of air and fuel into the chamber, the air coming from the diffuser 12 and the fuel being supplied by injectors (not shown) fixed on the outer casing 26 and regularly distributed around the axis of the room.
  • Each injector comprises a fuel injection head 36 aligned with the axis 38 of the corresponding opening 30.
  • the other part of the air flow enters the annular enclosure 46 defined by the shroud 29, passes into the injection system 32 (arrows 48 and 50), and is then mixed with the fuel supplied by the injector and sprayed in the combustion chamber.
  • the injection system 32 comprises two coaxial upstream turbulence swirlers 52 and downstream 54 which are separated from each other by a venturi 56 and which are connected upstream to means 58 for centering and guiding the injector head 36 and downstream to a mixing bowl 60 which is mounted axially in the opening 30 of the wall 18 of the chamber bottom.
  • the swirlers 52, 54 each comprise a plurality of vanes extending radially around the axis of the swirler and regularly distributed around this axis to deliver a flow of air 48, 50 swirling downstream of the injection head 36.
  • the means 58 for guiding the injection head 36 of the injector comprise a ring 62 traversed axially by the injection head 36 and mounted radially sliding in a socket 64 fixed on the vanes of the primary swirler 52.
  • the mixing bowl 60 has a substantially frustoconical wall flared downstream and connected at its downstream end to a cylindrical flange 66, extending upstream and axially mounted in the opening 30 of the wall 18 of the chamber bottom with a deflector ring 68.
  • the upstream end of the wall frustoconical 60 of the bowl is connected to an intermediate annular piece 70 fixed on the vanes of the secondary swirler 54.
  • the venturi 56 has a substantially L-shaped cross section and comprises at its upstream end a substantially radial annular flange 71 which is interposed axially between the two tendrils 52, 54 and which axially delimits with the bushing 64 located upstream the annular passing channel.
  • the venturi 56 extends axially downstream to the interior of the secondary swirler 54 and separates the air flows coming from upstream tendrils 52 and downstream 54.
  • the venturi 56 comprises an inner cylindrical surface 72 having a neck and delimiting a premix chamber 74 in which a portion of the ejected fuel mixes with the air flow 48 delivered by the primary swirler 52. This air / fuel premix then mixes with downstream of the venturi to the air stream 50 from the secondary swirler 54 to form a sprayed fuel cone within the chamber.
  • the air / fuel premix formed in the chamber 74 can come into contact with the inner surface 72 of the venturi and cause the deposition of soot and the formation of coke on this surface, which can reduce the life of the venturi 56.
  • the invention overcomes this problem through the formation of an air film on the inner surface 72 of the venturi which opposes the deposit of coke and soot on this surface.
  • This result is obtained by means of a hollow venturi comprising an internal annular cavity for circulating air, this cavity being supplied with air coming from the outer enclosure 46 and being connected to air outlet ducts opening on the inner surface 72 of the venturi.
  • the venturi 56 is formed of two annular pieces 80, 82 with section substantially L-shaped which are fixed coaxially one inside the other and which delimit between them the annular cavity 84 of air flow.
  • This cavity 84 also has a substantially L-shaped section and comprises a cylindrical portion which extends axially inside the venturi, over substantially its entire axial dimension, and which is connected at its upstream end to a radial portion which is extends inside the flange of the venturi, over substantially its entire radial dimension.
  • Each piece 80, 82 comprises a substantially radial upstream annular wall 86 which is connected at its inner periphery to a substantially cylindrical downstream wall 88.
  • the radial walls 86 of the parts 80, 82 form the annular flange 71 of the venturi.
  • the downstream and outboard part 82 further comprises a cylindrical flange 90 which extends upstream from the outer periphery of the radial wall 86 and which is attached by brazing or welding to the outer periphery of the wall. radial 86 of the other room 80.
  • This cylindrical flange 88 comprises orifices or ducts 92 of substantially radial air inlet which provide fluid communication between the enclosure 46 and the internal cavity 84 of the venturi.
  • the injection system 32 comprises for example between 10 and 30 conduits 92 which are regularly distributed around the axis of the venturi.
  • the downstream end of the cylindrical wall 88 of the part 82 is fixed by brazing or welding at the downstream end of the cylindrical wall of the other part.
  • the cylindrical wall 88 of the piece 80 located upstream and inside comprises orifices or air outlet ducts 94 which open at one of their ends on the inner surface 72 of the venturi and at the other of their ends. in the internal cavity 84, to ensure fluid communication between this cavity 84 and the premix chamber 74.
  • the injection system 32 comprises for example between 10 and 30 ducts 94 which are distributed in annular rows, for example three in number in the example shown, which are spaced axially each other.
  • the air ducts 94 of each row are regularly spaced from each other about the axis of the injection head.
  • the angle formed between the axis of each outlet duct 94 and the axis of the injection head 36 is between approximately 10 and 40 °, this angle being measured in a plane passing through the axis of the injection head.
  • the angle formed between the axis of each outlet duct 94 and a plane passing through the axis of the injection head is between approximately 50 and 75 °, this angle being measured in a plane perpendicular to the axis of the injection head.
  • the ducts 94 of the same annular row of ducts have identical inclinations in axial and circumferential directions but which may be different from the inclinations of the ducts of the or each other row.
  • the inclination in the axial direction of the ducts 94 of the first row located upstream may for example be lower than that of the pipes of the third row located downstream ( figure 4 ).
  • FIGS 5 to 7 represent an alternative embodiment of the invention which comprises, in addition to the characteristics described with reference to the Figures 3 and 4 , additional ducts 96 of air inlet into the internal cavity 84 of the venturi. These ducts 96 extend substantially parallel to the axis of the venturi and also connect the internal cavity 84 of the venturi to the outer enclosure 46.
  • these ducts 96 extend through the radial wall of the piece 82 located downstream and outward, through at least a portion of the vanes of the secondary swirler 54, and through the element.
  • the ducts 96 open at their upstream ends into the internal cavity 84 and at their downstream ends into an annular space delimited by the element 70 and the bowl 60, this annular space communicating with the external enclosure 46.
  • injection comprises for example between 10 and 30 ducts 96.
  • the ducts 96 may have a section of circular or oblong shape.
  • the ducts 92 and 94 described above may also have in section a circular or oblong shape.
  • the dimensions of these ducts 92, 94, 96 are in particular determined as a function of the flow rate of air inside the cavity. They typically have a diameter of about 1 to 2 mm.
  • the flow rate of air circulating inside the cavity 84 represents approximately 0.5 to 1% of the flow rate of air supplying the injection system 32.
  • the inner cavity 84 is connected to the outer enclosure 46 only by the axial ducts 96 of air inlet.

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Abstract

Système d'injection d'un mélange d'air et de carburant dans une chambre de combustion de turbomachine, comprenant un injecteur de carburant (36) et un venturi (56) comportant une surface intérieure (72) délimitant une chambre de prémélange (74), le venturi comportant une cavité annulaire interne (84) de circulation d'air qui est reliée par des conduits de sortie d'air (94) à la chambre de prémélange, ces conduits de sortie d'air débouchant sur la surface intérieure du venturi pour empêcher le dépôt de suie et la formation de coke sur cette surface.

Description

  • La présente invention concerne un système d'injection d'un mélange d'air et de carburant dans une chambre de combustion d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion.
  • Un système d'injection de ce type comprend en général un injecteur de carburant et des vrilles primaire et secondaire qui sont disposées en aval de l'injecteur, coaxialement à celui-ci, et qui délimitent chacune un flux d'air radial en aval de l'injection de carburant afin de réaliser le mélange d'air et de carburant destiné à être injecté puis brûlé dans la chambre de combustion. Les écoulements d'air issus des deux vrilles sont délimités par un venturi intercalé entre les deux vrilles et un bol de forme tronconique qui est monté en aval des vrilles et qui accélèrent l'écoulement du mélange air/carburant vers la chambre de combustion
  • Le venturi comporte une surface intérieure présentant un étranglement ou un rétrécissement et délimitant une chambre de prémélange dans laquelle sont mélangés une partie du carburant éjecté par l'injecteur et le flux d'air délivré par la vrille primaire
  • On a déjà constaté le dépôt de suie et la formation de coke sur cette surface intérieure du venturi, ce qui entraîne de nombreux inconvénients :
    • les dépôts de suie et de coke peuvent former des points chauds qui réduisent la durée de vie du venturi,
    • ces dépôts peuvent également perturber l'écoulement d'air à l'intérieur du venturi, l'injection de carburant, et le mélange du carburant avec le flux d'air provenant de la vrille primaire, et
    • la présence de coke et de suie augmente également la production de gaz nocifs qui sont rejetés à l'atmosphère.
  • La présente invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ces problèmes de la technique antérieure.
  • Elle propose à cet effet un système d'injection d'un mélange d'air et de carburant dans une chambre de combustion de turbomachine, comprenant un injecteur de carburant et un venturi disposé en aval de l'injecteur, coaxialement à celui-ci, le venturi comportant une surface intérieure délimitant une chambre de prémélange dans laquelle sont mélangés du carburant et un flux d'air provenant d'une enceinte externe et traversant une vrille primaire située en amont du venturi, caractérisé en ce que le venturi comporte une cavité annulaire interne de circulation d'air, cette cavité étant reliée par des conduits d'entrée d'air à l'enceinte externe et par des conduits de sortie d'air à la chambre de prémélange, les conduits de sortie d'air débouchant sur la surface intérieure du venturi pour empêcher le dépôt de suie et la formation de coke sur cette surface.
  • Selon l'invention, un débit d'air provenant d'une enceinte externe circule dans la cavité interne du venturi puis est injecté dans la chambre de prémélange, à travers des conduits de sortie d'air débouchant sur la surface intérieure du venturi, pour former un film d'air a proximité de cette surface s'opposant au dépôt de suie et à la formation de coke sur cette surface. Le débit d'air injecté dans la chambre de prémélange est suffisant pour éviter que le mélange air/carburant ne vienne au contact de la surface intérieure du venturi, mais est également suffisamment faible pour ne pas gêner l'écoulement de l'air et l'injection de carburant à l'intérieur du venturi et pour ne pas provoquer de décollement de flux en sortie du venturi. Le débit d'air circulant dans la cavité interne du venturi représente environ 0,5 à 1 % du débit d'air alimentant le système d'injection.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, le venturi comprend à son extrémité amont un rebord annulaire s'étendant radialement vers l'extérieur et séparant la vrille primaire d'une vrille secondaire de passage d'un second flux d'air, la cavité annulaire s'étendant jusque dans le rebord du venturi. La cavité annulaire a dans ce cas en section une forme sensiblement en L.
  • Selon un mode de réalisation de l'invention, le venturi est formé de deux pièces annulaires à section sensiblement en forme de L qui sont engagées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre et qui sont fixées l'une à l'autre par brasage ou soudage, la première et la seconde pièce pièces délimitant entre elles la cavité annulaire de circulation d'air.
  • La première pièce s'étend en amont et à l'intérieur de la seconde pièce et comporte une paroi annulaire amont sensiblement radiale qui est reliée à sa périphérie interne à une paroi aval sensiblement cylindrique dans laquelle sont formés les conduits de sortie d'air. La seconde pièce comporte une paroi annulaire amont sensiblement radiale qui est reliée à sa périphérie interne à une paroi aval sensiblement cylindrique, la paroi radiale étant fixée à sa périphérie externe à la périphérie externe de la paroi radiale de la première pièce, et sa paroi cylindrique étant fixée à son extrémité aval à l'extrémité aval de la paroi cylindrique de la première pièce.
  • Au moins une partie des conduits d'entrée d'air peuvent s'étendre sensiblement radialement par rapport à l'axe de l'injecteur et être formés à la périphérie externe de la paroi radiale d'une ou de chaque pièce. L'air provenant de l'enceinte externe passe alors radialement de l'extérieur vers l'intérieur directement à l'intérieur de la cavité interne du venturi.
  • En variante ou en caractéristiques additionnelles, au moins une partie des conduits d'entrée d'air s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe de l'injecteur et sont formés à travers des aubages de la vrille secondaire et la paroi radiale de la seconde pièce. Dans ce cas, de l'air provenant de l'enceinte externe circule axialement d'aval en amont dans les conduits formés dans les aubages de la vrille secondaire et dans la paroi radiale de la seconde pièce jusque dans la cavité interne du venturi.
  • Selon une autre caractéristique de l'invention, les conduits de sortie d'air sont inclinés en direction axiale et circonférentielle par rapport à l'axe de l'injecteur, dans le même sens que les aubages de la vrille primaire, de façon à ce que l'air sortant de ces conduits ne perturbe pas l'écoulement d'air délivré par la vrille primaire et ne vienne pas impacter sur la tête de l'injecteur. L'invention permet donc d'empêcher la formation de coke sur le venturi sans modifier l'écoulement d'air et l'injection de carburant à l'intérieur du venturi.
  • L'angle d'inclinaison axiale de chaque conduit de sortie formé entre l'axe de ce conduit et l'axe de l'injecteur est par exemple compris entre 10 et 40° environ, cet angle étant mesuré dans un plan passant par l'axe de l'injecteur.
  • L'angle d'inclinaison circonférentielle de chaque conduit de sortie formé entre l'axe de ce conduit et un plan passant par l'axe de l'injecteur est par exemple compris entre 50 et 75° environ, cet angle étant mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'injecteur.
  • Préférentiellement, les débouchés des conduits de sortie d'air sont régulièrement disposés autour de l'axe de l'injecteur et sont répartis en une, deux, trois ou quatre rangées annulaires espacées axialement les unes des autres. Les inclinaisons en direction axiale et circonférentielle des conduits d'air peuvent varier d'une rangée sur l'autre.
  • Le système d'injection comprend par exemple entre 10 et 30 conduits d'entrée d'air et entre 10 et 30 conduits de sortie d'air.
  • L'invention concerne également une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, comprenant un système d'injection tel que décrit ci-dessus.
  • L'invention concerne encore un venturi pour un système d'injection tel que décrit précédemment, comprenant une surface intérieure présentant un col, caractérisé en ce qu'il est formé de deux pièces annulaires à section sensiblement en L qui sont fixées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre et qui délimitent entre elles une cavité interne de circulation d'air, la pièce annulaire interne comportant une paroi cylindrique présentant des conduits de sortie d'air reliés à une de leurs extrémités à la cavité interne et débouchant à l'autre de leurs extrémités sur la surface intérieure, et la paroi annulaire externe comportant une paroi annulaire radiale présentant à sa périphérie externe des conduits d'entrée d'air reliés à une de leurs extrémités à la cavité interne.
  • L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'un diffuseur et d'une chambre de combustion d'une turbomachine ;
    • la figure 2 est une vue partielle agrandie de la figure 1 et représente un système d'injection d'un mélange d'air et de carburant selon la technique antérieure ;
    • la figure 3 est une vue schématique correspondant à la figure 2 et représente un mode de réalisation du système d'injection selon l'invention ;
    • la figure 4 est une vue agrandie du détail I4 de la figure 3 ;
    • la figure 5 est une vue schématique correspondant à la figure 2 et représente une variante de réalisation du système d'injection selon l'invention ;
    • la figure 6 est une vue agrandie du détail I6 de la figure 5 ;
    • la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII de la figure 4, à plus grande échelle.
  • La figure 1 représente une chambre annulaire de combustion 10 d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, cette chambre étant agencée en sortie d'un diffuseur 12, lui même situé en sortie d'un compresseur (non représenté). La chambre 10 comprend une paroi de révolution interne 14 et une paroi de révolution externe 16, reliées en amont à une paroi annulaire 18 de fond de chambre et fixées en aval par des viroles tronconiques interne 20 et externe 22 respectivement sur un voile tronconique interne 24 du diffuseur, et sur un carter externe 26 de la chambre, l'extrémité amont de ce carter 26 étant reliée à un voile tronconique externe 28 du diffuseur.
  • Un carénage annulaire 29 est fixé sur les extrémités amont des parois 14, 16 et 18 de la chambre et comprend des orifices de passage d'air alignés avec des ouvertures 30 de la paroi 18 de fond de chambre dans lesquelles sont montés des systèmes 32 d'injection d'un mélange d'air et de carburant dans la chambre, l'air provenant du diffuseur 12 et le carburant étant amené par des injecteurs (non représentés) fixés sur le carter externe 26 et régulièrement répartis autour de l'axe de la chambre. Chaque injecteur comprend une tête 36 d'injection de carburant alignée sur l'axe 38 de l'ouverture 30 correspondante.
  • Une partie du débit d'air 38 fourni par le compresseur et sortant du diffuseur 12 alimente des conduits annulaires interne 40 et externe 42 de contournement de la chambre de combustion 10 (flèches 44). L'autre partie du débit d'air pénètre dans l'enceinte annulaire 46 délimitée par le carénage 29, passe dans le système d'injection 32 (flèches 48 et 50), et est ensuite mélangée au carburant amené par l'injecteur et pulvérisée dans la chambre de combustion.
  • Le système d'injection 32, mieux visible en figure 2, comporte deux vrilles de turbulence amont 52 et aval 54 coaxiales, qui sont séparées l'une de l'autre pas un venturi 56 et qui sont reliées en amont à des moyens 58 de centrage et de guidage de la tête 36 de l'injecteur, et en aval à un bol mélangeur 60 qui est monté axialement dans l'ouverture 30 de la paroi 18 de fond de chambre.
  • Les vrilles 52, 54 comprennent chacune une pluralité d'aubages s'étendant radialement autour de l'axe de la vrille et régulièrement répartis autour de cet axe pour délivrer un flux d'air 48, 50 tourbillonnant en aval de la tête d'injection 36.
  • Les moyens 58 de guidage de la tête d'injection 36 de l'injecteur comprennent une bague 62 traversée axialement par la tête d'injection 36 et montée radialement coulissante dans une douille 64 fixée sur les aubages de la vrille primaire 52.
  • Le bol mélangeur 60 a une paroi sensiblement tronconique évasée en aval et reliée à son extrémité aval à un rebord cylindrique 66, s'étendant vers l'amont et monté axialement dans l'ouverture 30 de la paroi 18 de fond de chambre avec un déflecteur annulaire 68. L'extrémité amont de la paroi tronconique 60 du bol est reliée à une pièce annulaire intermédiaire 70 fixée sur les aubages de la vrille secondaire 54.
  • Le venturi 56 a en section une forme sensiblement en L et comprend à son extrémité amont un rebord annulaire 71 sensiblement radial qui est intercalé axialement entre les deux vrilles 52, 54 et qui délimite axialement avec la douille 64 située en amont la veine annulaire de passage du flux d'air 48 dans la vrille primaire 52, et avec la pièce annulaire 70 située en aval la veine annulaire de passage du flux d'air 50 dans la vrille secondaire 54. Le venturi 56 s'étend axialement vers l'aval à l'intérieur de la vrille secondaire 54 et sépare les écoulements d'air issus des vrilles amont 52 et aval 54.
  • Le venturi 56 comprend une surface cylindrique intérieure 72 présentant un col et délimitant une chambre de prémélange 74 dans laquelle une partie du carburant éjecté se mélange au flux d'air 48 délivré par la vrille primaire 52. Ce prémélange air/carburant se mélange ensuite en aval du venturi au flux d'air 50 provenant de la vrille secondaire 54 pour former un cône de carburant pulvérisé à l'intérieur de la chambre.
  • En fonctionnement, le prémélange air/carburant formé dans la chambre 74 peut venir au contact de la surface intérieure 72 du venturi et entraîner le dépôt de suie et la formation de coke sur cette surface, susceptibles de réduire la durée de vie du venturi 56.
  • L'invention permet de remédier à ce problème grâce à la formation d'un film d'air sur la surface intérieure 72 du venturi qui s'oppose au dépôt de coke et de suie sur cette surface. Ce résultat est obtenu au moyen d'un venturi creux comportant une cavité annulaire interne de circulation d'air, cette cavité étant alimentée par de l'air provenant de l'enceinte externe 46 et étant reliée à des conduits de sortie d'air débouchant sur la surface intérieure 72 du venturi.
  • Dans l'exemple de réalisation représenté aux figures 3 et 4, le venturi 56 est formé de deux pièces annulaires 80, 82 à section sensiblement en L qui sont fixées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre et qui délimitent entre elles la cavité annulaire 84 de circulation d'air.
  • Cette cavité 84 a également en section une forme sensiblement en L et comprend une portion cylindrique qui s'étend axialement à l'intérieur du venturi, sur sensiblement toute sa dimension axiale, et qui est reliée à son extrémité amont à une portion radiale qui s'étend à l'intérieur du rebord du venturi, sur sensiblement toute sa dimension radiale.
  • Chaque pièce 80, 82 comprend une paroi annulaire amont 86 sensiblement radiale qui est reliée à sa périphérie interne à une paroi aval 88 sensiblement cylindrique. Les parois radiales 86 des pièces 80, 82 forment le rebord annulaire 71 du venturi.
  • La pièce 82 située en aval et à l'extérieur comprend en outre un rebord cylindrique 90 qui s'étend vers l'amont depuis la périphérie externe de la paroi radiale 86 et qui est fixé par brasage ou soudage à la périphérie externe de la paroi radiale 86 de l'autre pièce 80.
  • Ce rebord cylindrique 88 comprend des orifices ou des conduits 92 d'entrée d'air sensiblement radiaux qui assurent la communication fluidique entre l'enceinte 46 et la cavité interne 84 du venturi. Le système d'injection 32 comprend par exemple entre 10 et 30 conduits 92 qui sont régulièrement répartis autour de l'axe du venturi.
  • L'extrémité aval de la paroi cylindrique 88 de la pièce 82 est fixée par brasage ou soudage à l'extrémité aval de la paroi cylindrique de l'autre pièce.
  • La paroi cylindrique 88 de la pièce 80 située en amont et à l'intérieur comprend des orifices ou des conduits 94 de sortie d'air qui débouchent à une de leurs extrémités sur la surface intérieure 72 du venturi et à l'autre de leurs extrémités dans la cavité interne 84, pour assurer la communication fluidique entre cette cavité 84 et la chambre de prémélange 74.
  • Le système d'injection 32 comprend par exemple entre 10 et 30 conduits 94 qui sont répartis en rangées annulaires, par exemple au nombre de trois dans l'exemple représenté, qui sont espacées axialement les unes des autres. Les conduits d'air 94 de chaque rangée sont régulièrement espacés les uns des autres autour de l'axe de la tête d'injection.
  • A titre d'exemple, l'angle formé entre l'axe de chaque conduit de sortie 94 et l'axe de la tête d'injection 36 est compris entre 10 et 40° environ, cet angle étant mesuré dans un plan passant par l'axe de la tête d'injection. L'angle formé entre l'axe de chaque conduit de sortie 94 et un plan passant par l'axe de la tête d'injection est compris entre 50 et 75° environ, cet angle étant mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe de la tête d'injection.
  • Les conduits 94 d'une même rangée annulaire de conduits ont des inclinaisons identiques en directions axiale et circonférentielle mais qui peuvent être différentes des inclinaisons des conduits de la ou de chaque autre rangée. L'inclinaison en direction axiale des conduits 94 de la première rangée située en amont peut par exemple être plus faible que celle des conduits de la troisième rangée située en aval (figure 4).
  • Les figures 5 à 7 représentent une variante de réalisation de l'invention qui comporte, en plus des caractéristiques décrites en référence aux figures 3 et 4, des conduits supplémentaires 96 d'entrée d'air dans la cavité interne 84 du venturi. Ces conduits 96 s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe du venturi et relient également la cavité interne 84 du venturi à l'enceinte externe 46.
  • Dans l'exemple représenté, ces conduits 96 s'étendent à travers la paroi radiale de la pièce 82 située en aval et à l'extérieur, à travers au moins une partie des aubages de la vrille secondaire 54, et à travers l'élément annulaire 70. Les conduits 96 débouchent à leurs extrémités amont dans la cavité interne 84 et à leurs extrémités aval dans un espace annulaire délimité par l'élément 70 et le bol 60, cet espace annulaire communiquant avec l'enceinte externe 46. Le système d'injection comprend par exemple entre 10 et 30 conduits 96.
  • Comme cela est représenté en figure 7, les conduits 96 peuvent avoir une section de forme circulaire ou oblongue. Les conduits 92 et 94 décrits plus haut peuvent également avoir en section une forme circulaire ou oblongue. Les dimensions de ces conduits 92, 94, 96 sont notamment déterminées en fonction du débit de circulation d'air à l'intérieur de la cavité. Ils ont typiquement un diamètre de 1 à 2mm environ. Le débit d'air circulant à l'intérieur de la cavité 84 représente environ 0,5 à 1 % du débit d'air alimentant le système d'injection 32.
  • Dans encore une autre variante de réalisation non représentée, la cavité interne 84 est reliée à l'enceinte externe 46 uniquement par les conduits axiaux 96 d'entrée d'air.

Claims (15)

  1. Système d'injection d'un mélange d'air et de carburant dans une chambre de combustion (10) de turbomachine, comprenant un injecteur (36) de carburant et un venturi (56) disposé en aval de l'injecteur, coaxialement à celui-ci, le venturi comportant une surface intérieure (72) délimitant une chambre de prémélange (74) dans laquelle sont mélangés du carburant et un flux d'air provenant d'une enceinte externe (46) et traversant une vrille primaire (52) située en amont du venturi, caractérisé en ce que le venturi comporte une cavité annulaire interne (84) de circulation d'air, cette cavité étant reliée par des conduits (92, 96) d'entrée d'air à l'enceinte externe et par des conduits (94) de sortie d'air à la chambre de prémélange, les conduits de sortie d'air débouchant sur la surface intérieure du venturi pour empêcher le dépôt de suie et la formation de coke sur cette surface.
  2. Système d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le venturi (56) comprend à son extrémité amont un rebord annulaire s'étendant radialement vers l'extérieur et séparant la vrille primaire (52) d'une vrille secondaire (54) de passage d'un second flux d'air, la cavité annulaire (84) s'étendant jusque dans le rebord du venturi.
  3. Système d'injection selon la revendication 2, caractérisé en ce que la cavité annulaire (84) du venturi a en section une forme sensiblement en L.
  4. Système d'injection selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le venturi (56) est formé de deux pièces annulaires (80, 82) à section sensiblement en forme de L qui sont engagées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre et qui sont fixées l'une à l'autre par brasage ou soudage, la première et la seconde pièces délimitant entre elles la cavité annulaire (84) de circulation d'air.
  5. Système d'injection selon la revendication 4, caractérisé en ce que la première pièce (80) s'étend en amont et à l'intérieur de la seconde pièce, cette première pièce comportant une paroi annulaire amont (86) sensiblement radiale qui est reliée à sa périphérie interne à une paroi aval (88) sensiblement cylindrique dans laquelle sont formés les conduits (94) de sortie d'air.
  6. Système d'injection selon la revendication 5, caractérisé en ce que la seconde pièce (82) comporte une paroi annulaire amont (84) sensiblement radiale qui est reliée à sa périphérie interne à une paroi aval (86) sensiblement cylindrique, la paroi radiale étant fixée à sa périphérie externe à la périphérie externe de la paroi radiale de la première pièce (80), et sa paroi cylindrique étant fixée à son extrémité aval à l'extrémité aval de la paroi cylindrique de la première pièce.
  7. Système d'injection selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'au moins une partie des conduits (92) d'entrée d'air s'étendent sensiblement radialement par rapport à l'axe de l'injecteur et sont formés à la périphérie externe de la paroi radiale d'une ou de chaque pièce (80, 82).
  8. Système d'injection selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'au moins une partie des conduits (96) d'entrée d'air s'étendent sensiblement parallèlement à l'axe de l'injecteur et sont formés à travers des aubages de la vrille secondaire (54) et la paroi radiale de la seconde pièce (82).
  9. Système d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les conduits (94) de sortie d'air sont inclinés en direction axiale et circonférentielle par rapport à l'axe de l'injecteur, dans le même sens que les aubages de la vrille primaire (52).
  10. Système d'injection selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison axiale de chaque conduit de sortie (94) formé entre l'axe de ce conduit et l'axe de l'injecteur est compris entre 10 et 40° environ, cet angle étant mesuré dans un plan passant par l'axe de l'injecteur.
  11. Système d'injection selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison circonférentielle de chaque conduit de sortie (94) formé entre l'axe de ce conduit et un plan passant par l'axe de l'injecteur est compris entre 50 et 75° environ, cet angle étant mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'injecteur.
  12. Système d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les débouchés des conduits (94) de sortie d'air sont régulièrement disposés autour de l'axe de l'injecteur et sont répartis en une, deux, trois ou quatre rangées annulaires espacées axialement les unes des autres.
  13. Système d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend entre 10 et 30 conduits (92, 96) d'entrée d'air et entre 10 et 30 conduits (94) de sortie d'air.
  14. Turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend un système d'injection (32) selon l'une des revendications précédentes.
  15. Venturi pour un système d'injection selon l'une des revendications 1 à 13, comprenant une surface intérieure (72) présentant un col, caractérisé en ce qu'il est formé de deux pièces annulaires (80, 82) à section sensiblement en L qui sont fixées coaxialement l'une à l'intérieur de l'autre et qui délimitent entre elles une cavité interne (84) de circulation d'air, la pièce annulaire interne (80) comportant une paroi cylindrique présentant des conduits (94) de sortie d'air reliés à une de leurs extrémités à la cavité interne et débouchant à l'autre de leurs extrémités sur la surface intérieure, et la paroi annulaire externe (82) comportant une paroi annulaire radiale présentant à sa périphérie externe des conduits (92, 96) d'entrée d'air reliés à une de leurs extrémités à la cavité interne.
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