EP4519607A1 - Procede d'injection de melange hydrogene-air pour bruleur de turbomachine - Google Patents

Procede d'injection de melange hydrogene-air pour bruleur de turbomachine

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EP4519607A1
EP4519607A1 EP23726147.4A EP23726147A EP4519607A1 EP 4519607 A1 EP4519607 A1 EP 4519607A1 EP 23726147 A EP23726147 A EP 23726147A EP 4519607 A1 EP4519607 A1 EP 4519607A1
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EP
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air
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internal channel
combustion
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Safran SA
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    • F23R2900/00—Special features of, or arrangements for continuous combustion chambers; Combustion processes therefor
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    • F23R2900/00013—Reducing thermo-acoustic vibrations by active means

Definitions

  • the present disclosure relates to the field of power processes for gas turbine injection devices such as aircraft turbomachines powered by dihydrogen and air.
  • gas turbine injection devices such as aircraft turbomachines powered by dihydrogen and air.
  • Burners made according to this principle do not guarantee the absence of flashback in the dihydrogen injection device and have a complex geometry. Such burners have a high production cost, a high pressure loss and are specific to a given combustion chamber architecture.
  • lean injection systems At the level of injection and combustion, two main technological configurations for hydrogen-air injection systems applied to gas turbines exist, namely lean injection systems and rich injection systems. .
  • lean combustion supply processes tend to generate significant thermo-acoustic instabilities which can damage these systems whereas stable combustion is necessary to avoid not affect engine performance.
  • Rich-burning feed processes tend to emit more pollutants than lean-burning processes if they are not sized correctly.
  • the present disclosure proposes an injection method, for an injection device in a combustion chamber of an aircraft turbomachine, said injection device comprising an internal channel surrounded by an external annular channel , said channels opening into said combustion chamber of said gas turbine, the process comprising an injection of a dihydrogen-air mixture with a hydrogen content greater than the stoichiometric dosage in said internal channel and an injection of air into said external annular channel so as to produce, at the outlet of said internal channel, a first flame front resulting from a rich combustion surrounded by a second flame front resulting from a lean combustion, after ignition of the mixture.
  • the dihydrogen-air mixture may have a hydrogen content greater than 2.
  • said dihydrogen-air mixture may have a hydrogen content greater than or equal to 4.
  • An air flow in the external annular channel can be chosen such that the overall richness at the outlet of the internal channel and external annular channel assembly is fixed between 0.15 and 0.5 depending on the operating points of the turbomachine.
  • the injection of the dihydrogen/air mixture and the injection device can be configured to create said first front at the outlet of the internal channel of flame, resulting from the rich combustion of said mixture and hang it on a peripheral lip of the internal channel.
  • the hydrogen richness of the mixture can be chosen so that said rich combustion takes place with a flame front temperature lower than 1800 K, which preserves the combustion chamber.
  • the hydrogen content of the mixture can be chosen so that the first flame front is laminar and has a Lewis number greater than 1 limiting thermo-diffusive instabilities and thus avoiding flashback phenomena.
  • the mixture burned in the first flame front generates residual gases which are advantageously burned in the second flame front stabilized by the supply of air from the external annular channel.
  • the richness of the second flame front is such that the second flame front can be maintained at a temperature below 1800K.
  • the air injected by the annular channel can be rotated by an annular swirl so as to make the second flame front turbulent and so that this second flame front is not attached to the lip of the internal channel.
  • positioning the downstream end of the internal channel upstream of the downstream end of the external annular channel makes it possible to optimize the mixing between the gases resulting from the first combustion and the air injected by the external channel.
  • FIG. 1 shows a turbomachine comprising an injection device arranged in an annular bottom of an annular combustion chamber in three configurations;
  • FIG. 2 shows a first schematic example in sectional side view of an injection device to which the method of the present disclosure applies;
  • FIG. 3 shows a schematic view of the device of Figure 2 in a combustion situation;
  • FIG. 4 shows a plurality of possible configurations (figures. A, B, C, D, E) of internal channel of a device to which the method of the present disclosure applies;
  • FIG. 5 shows a plurality of examples of annular channel output configurations ( Figures A, B, C) for a device to which the method of the present disclosure applies.
  • Figure 1 represents three examples of installation configurations of an injection device 2 on a turbomachine 1 depending on the orientation of the annular bottom of an annular combustion chamber 4 , 4', 4” of the turbomachine: either the combustion chamber 4” is oriented substantially along a longitudinal axis 4' is transverse to said longitudinal axis ', 4” or on an external ferrule.
  • the injection device can be, as illustrated in Figure 2, an injection device which comprises an internal channel 6 and an external annular channel 8.
  • the external channel 8 is centered on the internal channel 6 and in the case of tubular channels, the internal channel 6 and the external annular channel 8 are coaxial. These channels open into the combustion chamber 4, 4', 4” of the device of Figure 1.
  • the internal and external channels are circular in cross section.
  • An ignition device not shown allows the ignition of the gases leaving the channels to initiate combustion.
  • This injection device 2 is used in the present disclosure in a configuration for which a rich dihydrogen-air mixture is injected into the internal channel 6 while air is injected into the external channel 8. Therefore , the combustion comprises a first combustion rich in dihydrogen at the outlet of the internal or central channel 6. and a second so-called lean combustion which is carried out around a flame created by the first combustion.
  • the present invention thus provides an injection process which comprises an injection of a dihydrogen-air mixture 12a with a hydrogen richness greater than the stoichiometric dosage in the internal channel 6 of the injection device and a injection of air 26a into the external annular channel 8 so as to produce, at the outlet of said internal channel 6, a first flame front 30 resulting from a rich combustion surrounded by a second flame front 31 resulting from a poor combustion.
  • the internal channel 6 then forms a rich dihydrogen-air mixture injection tube 12a and the external annular channel 8 forms an air injection tube 26a.
  • the rich mixture 12a of air and dihydrogen is injected from an inlet 10 located at an upstream end of the internal channel 6.

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Abstract

Procédé d'injection, pour un dispositif d'injection dans une chambre de combustion d'une turbomachine d'aéronef, ledit dispositif d'injection comportant un canal interne (6) entouré par un canal annulaire externe (8), lesdits canaux débouchant dans ladite chambre de combustion (4, 4') de ladite turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comporte une injection d'un mélange dihydrogène-air (12a) de richesse en hydrogène supérieure au dosage stoechiométrique dans ledit canal interne (6) et une injection d'air dans ledit canal annulaire externe (8) en sorte de réaliser, au niveau de la sortie dudit canal interne (6), un premier front de flamme (30) issu d'une combustion riche entouré par un second front de flamme (31 ) issu d'une combustion pauvre.

Description

Description
Titre : PROCEDE D’INJECTION DE MELANGE HYDROGENE-AIR POUR BRULEUR DE TURBOMACHINE
Domaine technique
[0001] La présente divulgation relève du domaine des procédés d’alimentation des dispositifs d’injection de turbines à gaz telles que des turbomachines d’aéronefs alimentées par du dihydrogène et de l’air. Cela inclut notamment les applications aéronautiques civiles et militaires : hélicoptères, VTOL, drones, APU, turbogénérateurs, les appareils à voilure fixe pour l’aviation de loisir, d’affaire ou commerciale, turboréacteurs ou turbopropulseurs.
Technique antérieure
[0002] Les secteurs de la propulsion et notamment le secteur aéronautique font face à de grands enjeux environnementaux. L’intérêt d’avoir recours à une combustion utilisant du dihydrogène plutôt qu’à l’emploi de kérosène est de plus en plus fort car cette combustion de dihydrogène permettrait d’éviter les émissions polluantes carbonées telles que du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, des hydrocarbures imbrûlés ou encore des particules fines et fumées.
[0003] Un principe de brûleurs à micro-mélange d’air et de dihydrogène est connu. Les brûleurs réalisés selon ce principe ne garantissent pas l’absence de retour de flamme dans le dispositif d’injection de dihydrogène et possèdent une géométrie complexe. De tels brûleurs présentent un coût de réalisation élevé, une perte de charge élevée et sont spécifiques à une architecture de chambre de combustion donnée.
[0004] Au niveau de l’injection et de la combustion, deux principales configurations technologiques pour les systèmes d’injection hydrogène-air appliqués aux turbines à gaz existent, à savoir les systèmes d’injection pauvre, et les systèmes d’injection riche. [0005] D’une manière plus générale, il est important d’avoir en tête que les procédés d’alimentation à combustion pauvre ont tendance à générer des instabilités thermo acoustiques importantes pouvant endommager ces systèmes alors qu’une combustion stable est nécessaire pour ne pas altérer les performances du moteur. Les procédés d’alimentation à combustion riche, quant à eux, ont tendance à émettre des polluants de manière plus importantes que les procédés à combustion pauvre s’ils ne sont pas dimensionnés correctement.
Problème technique
[0006] L’utilisation de l’hydrogène implique plusieurs problématiques à prendre en considération au niveau de la chambre de combustion :
[0007] A conditions thermodynamiques équivalentes en pression, température, richesse, la température adiabatique de la flamme d’une combustion hydrogène-air est plus élevée que la flamme issue d’une combustion kérosène-air.
[0008] De même, les vitesses de flammes issues d’une combustion hydrogène-air sont plus importantes que pour les flammes kérosène-air. Une vitesse de flamme importante peut entrainer des problématiques de retours de flamme dits flashback en anglais dans les systèmes d’injection, notamment au niveau des couches limites, et causer de sérieux dommages à ces systèmes, ou encore causer des problèmes de sécurité.
[0009] Les limites d’inflammabilité de l’hydrogène sont toutefois plus étendues que celles du kérosène et permettent d’enflammer un mélange hydrogène-air à des richesses plus faibles ou plus élevées que pour le kérosène, ce qui peut permettre d’atteindre finalement des températures de flamme plus faibles qu’avec l’utilisation du kérosène.
[0010] Enfin, la combustion de l’hydrogène avec l’air a tendance à émettre beaucoup plus de bruit qu’une combustion au kérosène classique et peut donc générer une pollution sonore importante au niveau des aéroports.
Exposé de l’invention [0011] Le présent document propose un procédé d’injection riche pré-mélangé dédié à la combustion de dihydrogène et d’air permettant de répondre aux problèmes techniques présentés précédemment.
[0012] Plus précisément, la présente divulgation propose un procédé d’injection, pour un dispositif d’injection dans une chambre de combustion d’une turbomachine d’aéronef, ledit dispositif d’injection comportant un canal interne entouré par un canal annulaire externe, lesdits canaux débouchant dans ladite chambre de combustion de ladite turbine à gaz, le procédé comportant une injection d’un mélange dihydrogène-air de richesse en hydrogène supérieure au dosage stoechiométrique dans ledit canal interne et une injection d’air dans ledit canal annulaire externe en sorte de réaliser, au niveau de la sortie dudit canal interne, un premier front de flamme issu d’une combustion riche entouré par un second front de flamme issu d’une combustion pauvre, après allumage du mélange.
[0013] Le procédé pour lequel l’injection se fait en continu après allumage afin de faire fonctionner la turbine permet de réduire la température des fronts de flamme ce qui réduit la teneur en NOx des gaz brûlés et réduit l’usure de l’injecteur.
[0014] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants correspondent à des modes de réalisation pouvant être mises en oeuvre indépendamment les uns des autres ou en combinaison les uns avec les autres le cas échéant:
[0015] Le mélange dihydrogène-air peut être d’une richesse en hydrogène supérieure à 2.
[0016] Avantageusement, ledit mélange dihydrogène-air peut être d’une richesse en hydrogène supérieure ou égale à 4.
[0017] Un débit d’air dans le canal annulaire externe peut être choisi tel que la richesse globale en sortie de l’ensemble canal interne et canal annulaire externe est fixée entre 0,15 et 0,5 en fonction des points de fonctionnement de la turbomachine.
[0018] L’injection du mélange dihydrogène/air et le dispositif d’injection peuvent être configurés pour créer au niveau de la sortie du canal interne ledit premier front de flamme, issu de la combustion riche dudit mélange et l’accrocher sur une lèvre périphérique du canal interne.
[0019] La richesse en hydrogène du mélange peut être choisie pour que ladite combustion riche s’effectue avec une température de front de flamme inférieure à 1800 K ce qui préserve la chambre de combustion.
[0020] La richesse en hydrogène du mélange peut être choisie pour que le premier front de flamme soit laminaire et comporte un nombre de Lewis supérieur à 1 limitant les instabilités thermo-diffusives et évitant ainsi les phénomènes de flashback.
[0021] Le mélange brûlé dans le premier front de flamme génère des gaz résiduels qui sont avantageusement brûlés dans le second front de flamme stabilisé par l’apport d’air du canal annulaire externe.
[0022] La richesse du second front de flamme est telle que le second front de flamme peut être maintenu à une température inférieure à 1800K.
[0023] L’air injecté par le canal annulaire peut être mis en rotation par une vrille annulaire en sorte de rendre le second front de flamme turbulent et de sorte que ce second front de flamme ne soit pas attaché à la lèvre du canal interne.
[0024] Avantageusement, positionner l’extrémité aval du canal interne en amont de l’extrémité aval du canal annulaire externe permet d’optimiser le mélange entre les gaz issus de la première combustion et l’air injecté par le canal externe.
Brève description des dessins
[0025] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après d’exemples de réalisation non limitatifs, et à l’analyse des dessins annexés, sur lesquels :
[0026] [Fig. 1 ] montre une turbomachine comprenant un dispositif d’injection agencé dans un fond annulaire d’une chambre annulaire de combustion selon trois configurations;
[0027] [Fig. 2] montre un premier exemple schématique en vue de côté coupe d’un dispositif d’injection auquel s’applique le procédé de la présente divulgation; [0028] [Fig. 3] montre une vue schématique du dispositif de la figure 2 en situation de combustion;
[0029] [Fig. 4] montre une pluralité de configurations possibles (figures. A, B, C, D, E) de canal interne d’un dispositif auquel s’applique le procédé de la présente divulgation;
[0030] [Fig. 5] montre une pluralité d’exemples de configurations de sorties de canal annulaire (figures A, B, C) pour un dispositif auquel s’applique le procédé de la présente divulgation.
Description des modes de réalisation
[0031] Les dessins et la description ci-après contiennent des éléments pouvant non seulement servir à mieux faire comprendre l’invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.
[0032] Il est maintenant fait référence à la figure 1 qui représente trois exemples de configurations d’implantation d’un dispositif d’injection 2 sur une turbomachine 1 en fonction de l’orientation du fond annulaire d’une chambre annulaire de combustion 4, 4’, 4” de la turbomachine: soit la chambre de combustion 4” est orientée sensiblement selon un axe longitudinal X, soit la chambre de combustion 4 est orientée selon un angle aigu par rapport à cet axe longitudinal, soit la chambre de combustion 4’ est transverse audit axe longitudinal X. Dans tous les cas, le dispositif d’injection 2 est implanté entre un compresseur 101 et une turbine haute pression 102, 103, 104, sur un fond annulaire de la chambre annulaire de combustion 4, 4’, 4” ou sur une virole externe.
[0033] Le dispositif d’injection peut être, comme illustré en figure 2, un dispositif d’injection qui comprend un canal interne 6 et un canal annulaire externe 8. Le canal externe 8 est centré sur le canal interne 6 et dans le cas de canaux tubulaires, le canal interne 6 et le canal annulaire externe 8 sont coaxiaux. Ces canaux débouchent dans la chambre de combustion 4, 4’, 4” du dispositif de la figure 1 . Les canaux interne et externe sont de section transversale circulaire. Un dispositif d’allumage non représenté permet l’inflammation des gaz en sortie des canaux pour initier la combustion. [0034] Ce dispositif d’injection 2 est employé dans la présente divulgation dans une configuration pour laquelle un mélange riche dihydrogène-air est injecté dans le canal interne 6 tandis que de l’air est injecté dans le canal externe 8. De ce fait, la combustion comporte une première combustion riche en dihydrogène en sortie du canal interne ou central 6. et une seconde combustion dite pauvre qui est réalisée autour d’une flamme créée par la première combustion.
[0035] Pour l’injection dans le canal interne 6 et la combustion en sortie de ce canal, on dit que l’injection et la combustion sont riches, quand il y a du dihydrogène en excès par rapport à une combustion se déroulant à la stœchiométrie entre du dihydrogène et du dioxygène de l’air et que l’injection et la combustion sont pauvres quand on a du dioxygène en excès par rapport à cette combustion à la stœchiométrie. La combustion à la stœchiométrie est elle-même définie comme une combustion pour laquelle on a le bon nombre d’atomes d’hydrogène et d'oxygène nécessaires pour consommer tout le combustible et qu’il ne reste plus que de l'eau et du diazote dans les produits de combustion.
[0036] Selon la figure 3, la présente invention prévoit ainsi un procédé d’injection qui comporte une injection d’un mélange dihydrogène-air 12a de richesse en hydrogène supérieure au dosage stœchiométrique dans le canal interne 6 du dispositif d’injection et une injection d’air 26a dans le canal annulaire externe 8 en sorte de réaliser, au niveau de la sortie dudit canal interne 6, un premier front de flamme 30 issu d’une combustion riche entouré par un second front de flamme 31 issu d’une combustion pauvre.
[0037] Le canal interne 6 forme alors un tube d’injection de mélange riche dihydrogène-air 12a et le canal annulaire externe 8 forme un tube d’injection d’air 26a.
[0038] Le mélange riche 12a d’air et de dihydrogène est injecté depuis une entrée 10 située à une extrémité amont du canal interne 6.
[0039] Le canal interne 6 comporte un diamètre interne d. Le choix du diamètre interne d du canal dépend d’une puissance thermique souhaitée. [0040] De retour à la figure 2, une extrémité aval 16 du canal interne 6 est agencée en amont par rapport à une extrémité aval 24 du canal annulaire externe 8. L’extrémité aval 24 du canal annulaire externe 8 est agencée à une distance r de l’extrémité aval 16 du canal interne 6 vers l’aval. Ce canal annulaire externe 8 comporte un diamètre interne D.
[0041] Le canal annulaire externe 8 est configuré pour recevoir un second gaz qui est de l’air 26a. Ce gaz pénètre dans le canal annulaire externe par une entrée 26a agencée à l’extrémité amont dudit canal annulaire externe.
[0042] Une vrille annulaire 28 est logée à ladite extrémité amont du canal annulaire externe 8. Cette vrille peut être radiale ou axiale. Cette vrille annulaire 28 est agencée à une distance L de l’extrémité aval 36 du canal annulaire externe 8. L’air 26a traversant le canal annulaire externe est mis en rotation par la vrille externe 28. Cela génère un ensemble tourbillonnaire qui va aider à décrocher le second front de flamme de la sortie du canal central.
[0043] Le prémélange dihydrogène-air 12a est injecté dans le canal interne 6, formé par un tube réalisant un conduit central d’injection. Le prémélange est de richesse supérieure à deux c’est à dire supérieur à 2 masses d’hydrogène pour 1 masse d’air et peut être même de richesse supérieure à quatre au moins dans certaines configurations de fonctionnement.
[0044] L’air pur 26a injecté dans le canal annulaire 8 autour du canal interne 6 est injecté en quantité calculée de manière à cibler une richesse globale d’injection comprise entre 0,15 et 0,5 ce qui revient à une combustion globalement pauvre. L’air pur 26a est mis en rotation dans le canal annulaire 8 par la vrille externe 28 axiale ou radiale située en amont du plan de sortie 16a de l’extrémité aval 16 du conduit central d’injection de mélange riche dihydrogène-air.
[0045] La lèvre 16 du canal interne 6 est ici en retrait par rapport au plan de sortie 24a du canal annulaire 8.
[0046] Le fonctionnement du dispositif d’injection est décrit ci-après, en s’appuyant sur la Figure 3: [0047] L’injection du prémélange riche dihydrogène-air 12a dans le canal interne 6 permet, après allumage, de créer au niveau de la sortie du canal interne 6 un premier front de flamme 30 issu de la combustion riche dudit mélange. Ce front de flamme vient s’accrocher sur la lèvre 16 du canal interne 6. Cette combustion riche, par exemple d’une richesse supérieure à 2, s’effectue avec une température de front de flamme inférieure à 1800 K afin de ne pas générer d’oxydes d’azote. Ce front de flamme 30 est laminaire et n’est pas soumis aux instabilités thermo-diffusives du fait d’un nombre de Lewis supérieur à 1 .
[0048] L’injection d’air 26a au niveau du canal annulaire externe 8 permet de diluer rapidement et de confiner les gaz brûlés issus de la combustion du prémélange riche. La présence d’une forte couche de cisaillement turbulente permet de réduire la richesse locale. Ce mélange est ensuite brûlé et génère un second front de flamme 31 de combustion pauvre. Ce front de flamme reste stabilisé grâce au quench tourbillonnaire causé par l’apport d’air et grâce à la forte réactivité du dihydrogène malgré les forts étirements imposés à la flamme. Ce second front de flamme issu d’une combustion pauvre est également à une température inférieure à 1800K, limitant la formation des oxydes d’azote. Le front de flamme 31 est turbulent et n’est pas attaché à la lèvre 16 du canal interne 6. La longueur de la flamme sera dépendante des conditions d’entrée des combustibles et oxydants et notamment du rapport des quantités de mouvement, du renfoncement du canal interne par rapport au canal annulaire externe, de la présence de tourbillons dans la flamme.
[0049] La création de ces deux fronts de flamme, flamme riche 30 et flamme pauvre 31 permet de répartir la charge thermo-acoustique issue de la combustion sur une surface plus importante, et donc de réduire les nuisances sonores issues de la combustion. De même la stabilisation de deux fronts de flamme au niveau des lèvres du brûleur divise les charges thermo-acoustiques liés à la combustion et réduit le bruit généré.
[0050] Le procédé de combustion du présent document réalise ainsi une combustion étagée de l’hydrogène afin de contourner la zone de formation des oxydes d’azote au moyen de la combustion du prémélange dihydrogène-air riche dans une première zone, la flamme 30 interne, et la combustion des gaz résiduels dans une seconde zone, la flamme 31 autour de la flamme 30.
[0051] Le risque de retour de flamme dit flashback en anglais est limité avec une combustion riche car le premier front de flamme ne comporte pas d’instabilités thermo-diffusives. La vitesse de la première flamme n’est ainsi pas accélérée par les instabilités.
[0052] L’intégrité du foyer est également assurée car en réalisant les combustions à des fortes et faibles richesses, les températures de flamme sont moins importantes qu’en réalisant une combustion dans des conditions stoechiométriques. Les potentiels fronts de flamme issus de zones stoechiométriques qui pourraient être présentes ne sont pas attachés aux lèvres de l’injecteur, ce qui limite l’endommagement de l’injecteur.
[0053] Un exemple de réalisation prévoit, pour un fonctionnement dans des conditions types d’une turbine à gaz d’un turbopropulseur, une richesse de zone riche de l’ordre de 4 pour le mélange dihydrogène-air injecté par le canal interne 6, soit une richesse bien au-dessus du dosage stoechiométriques de richesse 1 , et un apport d’air au moyen du canal annulaire 8 en quantité telle que la richesse globale est fixée entre 0,15 et 0,50 en fonction des points de fonctionnement du turbopropulseur.
[0054] La figure 4 montre divers modes de réalisation possibles de la sortie du canal interne 6 d’injection du prémélange. La forme et l’épaisseur de la sortie 16 du canal interne, 16a, 16b, 16c peuvent être ajustées par rapport à la forme de base 16 du canal interne représentée en figure 4(A). En figure 4(B), l’extrémité 16a du canal interne est formée en biseau rentrant, en figure 4(C) l’extrémité 16b s’évase toujours en biseau. En figure 4(D) l’extrémité 16c du canal interne s’évase mais comporte une face terminale perpendiculaire à l’axe longitudinal du canal. Ces différentes configurations permettent de gérer l’accrochage du premier front de flamme 30 sur la lèvre 16 selon les configurations du système d’injection.
[0055] En figure 4(E) une vrille 17 est ajoutée dans le canal interne 6 de façon à homogénéiser le prémélange dihydrogène-air. [0056] Pour ce qui concerne le canal externe 8, ce dernier peut déboucher d’une paroi 240 comme représenté en figure 5 et avoir différentes configurations de lèvre de sortie du canal :
[0057] Sortie droite 24 en figure 5(A), sortie inclinée conique évasée 24a en figure 5(B) ou sortie conique se refermant 24b comme en figure 5(C). Ces différentes configurations permettent de jouer sur la vitesse de sortie de l’air entourant la flamme riche sortant du canal interne 6.
[0058] La présente divulgation concerne ainsi un procédé d’injection de dihydrogène pré-mélangé avec de l’air pour turbine à gaz aéronautique basé sur une combustion étagée pour lequel: a. Une combustion du prémélange dihydrogène-air à richesse élevée a lieu dans une première région et génère un premier front de flamme accroché aux lèvres de l’injecteur ; b. Un mélange rapide des produits de combustion via l’injection d’air pour être brûlés dans une seconde région en générant un second front de flamme stable.
[0059] Ce procédé permet notamment : a. D’obtenir des flammes stabilisées aérodynamiquement sur une large plage de fonctionnement, b. De réaliser une combustion à très faible émission d’oxydes d’azote, c. D’éviter le risque de flashback du second front de flamme, d. De diminuer les nuisances sonores liées à la combustion de l’hydrogène, e. De garantir l’intégrité et durée de vie de l’injecteur.
[0060] Le procédé tel que défini dans les revendications n’est pas limité à la description ci-dessus et peut notamment s’appliquer à des systèmes d’injection disposés dans des parois arrière de chambres de combustion ou dépassant de telles parois.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Procédé d’injection, pour un dispositif d’injection dans une chambre de combustion (4, 4’) d’une turbomachine d’aéronef (1 ), ledit dispositif d’injection comportant un canal interne (6) entouré par un canal annulaire externe (8), lesdits canaux débouchant dans ladite chambre de combustion (4, 4’) de ladite turbine à gaz, caractérisé en ce qu’il comporte une injection d’un mélange dihydrogène-air (12a) de richesse en hydrogène supérieure au dosage stoechiométrique dans ledit canal interne (6) et une injection d’air dans ledit canal annulaire externe (8), produisant, après allumage dudit mélange en sortie du canal interne, au niveau de la sortie dudit canal interne (6), un premier front de flamme (30) issu d’une combustion riche, externe audit canal interne s’accrochant à une lèvre au niveau de la sortie du canal interne, ledit premier front de flamme étant entouré par un second front de flamme (31 ) issu d’une combustion pauvre avec l’air sortant dudit canal externe.
[Revendication 2] Procédé d’injection selon la revendication 1 pour lequel ledit mélange dihydrogène-air (12a) est d’une richesse en hydrogène supérieure à 2.
[Revendication 3] Procédé d’injection selon la revendication 1 pour lequel ledit mélange dihydrogène-air (12a) est d’une richesse en hydrogène supérieure ou égale à 4.
[Revendication 4] Procédé d’injection selon la revendication 1 , 2 ou 3 pour lequel un débit d’air dans le canal annulaire externe est choisi tel que la richesse globale en sortie de l’ensemble canal interne (6) et canal annulaire externe (8) est fixée entre 0,15 et 0,5 en fonction des points de fonctionnement de la turbomachine.
[Revendication 5] Procédé d’injection selon l’une quelconque des revendications précédentes pour lequel l’injection du mélange dihydrogène/air (12a) et le dispositif sont configurés pour créer au niveau de la sortie du canal interne (6) ledit premier front de flamme (30) issu d’une combustion riche dudit mélange et l’accrocher sur une lèvre (16) du canal interne (6), après allumage dudit mélange.
[Revendication 6] Procédé d’injection selon la revendication 5 pour lequel la richesse en dihydrogène du mélange est choisie pour que ladite combustion riche s’effectue avec une température de front de flamme inférieure à 1800 K.
[Revendication 7] Procédé d’injection selon la revendication 5 ou 6 pour lequel la richesse en dihydrogène du mélange est choisie pour que le premier front de flamme (30) soit laminaire et comporte un nombre de Lewis supérieur à 1 limitant des instabilités thermo-diffusives.
[Revendication 8] Procédé d’injection selon la revendication 5, 6 ou 7 pour lequel le mélange brûlé dans le premier front de flamme génère des gaz résiduels brûlés dans le second front de flamme (31 ) stabilisé par l’apport d’air du canal annulaire externe.
[Revendication 9] Procédé d’injection selon la revendication 8 pour lequel le second front de flamme est maintenu à une température inférieure à 1800K.
[Revendication 10] Procédé d’injection selon la revendication 8 ou 9 pour lequel l’air injecté par le canal annulaire est mis en rotation par une vrille annulaire (28).
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