FR2461816A1

FR2461816A1 - Injecteur de combustible

Info

Publication number: FR2461816A1
Application number: FR7918367A
Authority: FR
Inventors: John Frederick Stratton
Original assignee: Lucas Industries Ltd
Current assignee: ZF International UK Ltd
Priority date: 1979-07-16
Filing date: 1979-07-16
Publication date: 1981-02-06
Also published as: FR2461816B1

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN INJECTEUR DE COMBUSTIBLE. L'INJECTEUR COMPORTE UN PREMIER CANAL POUR DU COMBUSTIBLE LIQUIDE AVEC DES ORIFICES DE SORTIE QUI DEBOUCHENT DANS UN SECOND CANAL DANS LEQUEL CIRCULE DE L'AIR ET QUI COMPORTE EGALEMENT DES ORIFICES DEBOUCHANT DANS UN TROISIEME CANAL DESTINE A RECEVOIR DU COMBUSTIBLE GAZEUX. SUIVANT LE MODE DE FONCTIONNEMENT, DEUX PARMI LES TROIS CANAUX SONT UTILISES POUR INJECTER UN MELANGE D'AIR ET DE COMBUSTIBLE GAZEUX OU LIQUIDE. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A DES MOTEURS A TURBINE.

Description

a présente invention concerne un injecteur de combus
tible destindsparticulièrement, mais non exclusivement, à un moteur à turbine à gaz.

Un inconvénient des injecteurs de combustible existants destinésà des circuits d'alimentation à basse pression (7 g/ cm) de large plage de débit prévus pour des moteurs à turbine à gaz est qu'une bonne qualité de pulvérisation n'est pas ob
tenue pour les pressions relativement basses du combustible liquide, c'est-8-dire dans les conditions dtallumage et de
ralenti.

Un objet de l'invention est de proposer un injecteur de
conbustible réalisé de manière à produire une pulvérisation de bonne qualité du combustible liquide, particulièrement pour des pressions relativement hasses du combustible, avec des dé- bits relativement importants, c'est-à-dire à des ouvertures
relativement grandes.

tn autre- objet de l'invention est de permettre le fonc
tionnement avec deux combustibles, c'est-à-dire la possibili
té d'injecter du combustible liquide ou du combustible gazeux par l'injecteur.

Un ensemble injecteur de combustible selon l'invention
comporte un corps allongé, des premier et second canaux dans la direction longitudinale du corps, le premier canal étant un passage de combustible liquide et le second canal étant un passage d'air dans un mode au moins d'utilisation de l'injec-
teur, un premier anneau d'orifices de sortie dans le corps,
communiquant avec le premier canal et un second anneau dlori-
fices de sortie dans le corps communiquant avec le second Ca- nai, chaque orifice de sortie du premier anneau deboucl.ult
dans le second canaL en alignement avec un orifice de sortie
respectif du second anneau, chaque orifice de sortie du second
anneau ayant une section supérieure à celle de l'orifice de
sortie correspondant du premier anneau, les orifices du premier
anneau et du second se trouvent sur des axes qui font un angle
aigu avec l'axe longitudinal du corps de manière qu'en utili
sation, un mélange d'air et de combustible soit éjecté par
orifice du second anneau pour de mélanger et former une
émission conique.

De préférence, les orifices sont tous disposés de ma
nitre que leur axe fasse un angle de 450 avec l'axe longitu
dinaL du corps.

Dans un premier mode de réalisation, une paroi d'extré
mité du corps comporte au moins un orifice d'entre établis
sant une communication entre le second canal et l'extérieur
du corps, près de cette paroi d'extrémité.

Dans un second mode de réalisation, le corps comporte
un troisième canaL qui est un passage d'air, le second canai
étant un passage d'air dans un premier mode d'utilisation et ;un passage de combustible gazeux dans un second mode d'utili
sation; le premier canal est un passage du combustible liquide
dans le premier mode d'utilisation et n'est pas utilisé dans
le second mode; un troisième arceau d'orifices de sortie est
prévu dans le corps, les orifices du premier anneau communi
quant avec le troisième canal et étant alignés avec les ori
fices correspondants du premier anneau et du second; les ori
fices du second anneau sont disposés entre les orifices du
premier anneau et ceux du troisième et la section des orifices
du troisième anneau est supérieure à celle des orifices corres
pondants du premier anneau et du second.

Dans ce mode de réalisation, il est préférable que le
corps comporte un orifice d'entrée établissant une communica
tion entre le troisième canal et l'extérieur du corps, près
de cet orifice d'entrée.

Dans les dbux modes de réalisation décrits ci-dessus, il
est préférable que plusieurs trous soient prévus dans une ex
trémité du corps qui est disposée, en utilisation, dans le
tube à flamme.; dans le premier mode de réalisation, ces trous
communiquant avec le second canal et dans le second mode de
réalisation ils communiquent avec le troisième canal.

Dans un troisième mode de réalisation, le second canal
est un passage d'air dans des modes d'utilisation de combus
tible liquide et de combustible gazeux et il reçoit de l'air par un orifice d'entrée à l'extrémité amont du corps. Dans ce
troisième mode de réalisation, un troisieme canal est prévu
de préférence dans le corps pour le passage d'air en utilisa
tion.

De préférence, le troisième canal se termine par une sor
tie entourée par une livre annulaire dirigée vers l'intérieur
du corps. bette sortie est agencée de manière à Outre traversée
par le mélange d'air-combustible éjecté par le second anneau dorifioesCette forme de construction permet d'obtenir une
émission conique plus uniforme du mélange d'air et de combus
tible.

Sous une forme particulièrement préférée de ce troisième
mode de réalisation, un conduit d'arrivée de gaz communique avec le troisième canal. De préférence, le conduit d'arrivée de gaz
débouche dans le troisième canal, en aval du dispositif de
turbulence d'air.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
seront mieux compris à la lecture de la description qui va
suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels
Les figures 1 à 3 sont des coupes longitudinales d'un premier, second et d'un troisième mode de réalisation d'un injecteur de combustible selon l'invention, et
la figure 4 est une coupe suivant la ligne b-S de la
figure 3, les lignes de coupe étant supprimées pour plus de
clarté.

a figure 1 représente donc un injecteur à combustible
destiné à être monté dans un tube à flamme et qui comporte un
corps composite 10 allongé constitué par une partie d'enveloppe
extérieure 11, une partie d'enveloppe intérieure 12, un bloc
d'extrémité creux 13, et un manchon allongé 14.Le bloc d'ex
trémité 13 est solidaire d'un bras support 15 par lequel le
corps 10 est supporté dans un anneau de lames à turbulence
d'air à l'extrémité d'entrée d'un tube à flamme, non représen
té, et il reçoit du combustible d'une manière qui sera décrite
ci-après. Ie bloc d'extrémité 13 comporte un trou lô dansle
quel est introduite une extrémité 17 du manchon 14. Un alésa
ge 18 dans le manchon 14 communique avec un contre-alésage 19
dans le bloc 13 et le bras support 15. En fonctionnement, du
combustible de liquide est amené par le contre-alésage 19.

L'extrémité opposée de l'alésage 18 du manchon 14 débouche
dans une chambre 20 délimitée par la partie d'enveloppe inté
rieure 12 et le manchon 14, la partie d'enveloppe intérieure
12 étant montée sur une partie d'extrémité 21 élargie du man chon 14. a partie d'enveloppe intérieure 12 est solidaire d'un teton 22 qui pénètre dans un tru 23 dune paroi d'extrémité 24 de la partie d'enveloppe extérieure 11.L'extrémité de la par tie d'enveloppe extérieure 11 opposée à la paroi 24 est soude sur le bloc d'extrémité 13. Cela définit ainsi dans le corps 10 des premier et second canaux dans la direction longitudinale le premier canal étant constitué par l'alésage 16 et la cnambre 20 et le second canal étant constitué par un espace annulaire 25 de diamètre variable entre l'ensemble du manchon 14 et de la partie d'enveloppe intérieure 12 d'une part et la partie d'enveloppe extérieure il d'autre part. A l'extrémité de la partie d'enveloppe intérieure 12, près de la paroi d'extrémité 24, se trouve un anneau d'orifices de sortie b, dont un seul est représenté, constituant un premier anneau d'orifices.Chaque orifice 2o est disposé de manière que son axe fasse un angle de 450 par rapport à l'axe longitudinal du corps 10. Le présent mode de rd;alisation conporte neuf orifices de sortie 20 également espacés, l'un d'entre eux se trouvant verticalement au-dessus de l'axe longitudinal du corps 10 quand ce dernier est disposé avec le bras support 15 dans la direction verticale.

Chaque orifice 26 établit une communication entre la chambre 20 et espace annulaire 25, près de la paroi d'extrémité 24. Un anneau d'orifices de sortie 27, constituant un second anneau d'orifices, est formé dans la partie d' enveloppe extérieure 11 près de la paroi d'extrémité 24.Chaque orifice de sortie 27eat coaxial par rapport à un correspondant des orifices 2o, de sorte que l'axe de chaque orifice 27 fait un angle de 490 avec l'axe longitudinal du corps 10. Les orifices 2o et 27 ont des formes circulaires. Les orifices 20 ont tous la même section de même que les orifices 27, mais ces derniers ont une plus grande section que les orifices 20.

A l'extrémité du corps 10 opposée à l-a paroi d'extrémité 24, le bloc d'extrémité creux 13 comporte deux orifices d'entrée 28 en forme de haricots, sur les côtés opposés du contrealésage 19. Les orifices d'entrée 2d communiquent avec l'espace annulaire 25. Un autre anneau de trous de sortie 29 est prévu dans la paroi d' extrémité 24s autour du te ton 22, chaque trou 29 ayant un diamètre plus petit que celui des orifices 26 et 21.

En fonctionnement, de l'air passe dans le corps 10 par les orifices d'entrée 28 et circule dans le canal annulaire 2j pour quitter le corps 10 par les orifices de sortie 27, pour la plus grande partie; une partie de l'air quitte le corps 10 par les trous 29. Du combustible passe dans le corps 10, dans l'alésage 19 et le long de l'alésage id pour sortir par tes orifices de sortie 26 après titre passé dans la cnambre 20.

Le combustible qui quitte les orifices 26 est entratné par 1tair passant le long du canai annulaire Zv, de sorte qu'un mélange air-conlbustible est émis par les orifices 27 dans le courant d'air turbulent produit par les lames de turbulence précitées. kn raison de la disposition décrite ci-dessus des orifices 2iA et 27, un jet conique divergeant injecte un mélange d'air et de combustible dans le courant d'air du tube à flamme.

blair qui sort du corps 10 par les trous 2y élimine 1' accumtil a- tion de carbone sur la surface extérieur de la paroi d'extrémité 24 en fonctionnement. La qualité de la pulvérisation produite par l'injecteur décrit ci-dessus est particulièrement bonne aux faibles pressions du combustible existant à l'extrémité inférieure de la plage effective de fonctionnement du tube à flamme, ceestri-dire dans des conditions d'allumage et de ralenti.

L'injecteur de combustible représenté sur la figure 2 est également destiné à être utilisé dans un tube à flamme, représenté partiellement en pointiilés en F, conjointement avec des lames à turbulence D, de forme annulaire, entourant lin- jecteur.Cet injecteur de combustible comporte un corps IOOcom- prenant une partie d'enveloppe extérieure 101, une partie d'enveloppe intérieure 102, une partie d'enveloppe intermédiaire 103, un premier manchon intérieur 104 et un second manchon intérieur 105. Le corps 100 est monté coaxialement dans le dispositif à turbulence D et il est relié à un bras support 1ut comportant un canal 107 à combustible liquide qui communique avec l'intérieur du manchon intérieur 104, et un canal 106 de combustible gazeux ou d'air qui communique avec espace annulaire 109 délimité entre les manahons 104 et lOj. L'intérieur du manchon 104 débouche à leintérieur de la partie d'enveloppe intérieure 102 pour former un premier canal 110. Un second canal 111, de forme annulaire, est défini entre la partie d'enveloppe extérieure 101 et la partie d'enveloppe intermédiaire 193 et il comporte une partie d'entre annulaire 112 à une extrémité de la partie d'enveloppe extérieure 101. L'espace loy communique avec un espace annulaire 113 entre la partie enveloppe 103 autour de la partie d'enveloppe 102 et l'extrémité voisine du manchon 104.Le premier canal 110 comporte un anneau d1ori- fices de sortie 114 dont les axes font un angle de 450 avec ltaxe longitudinal du corps 100. Le second canal 111 comporte un anneau d'orifices de sortie llj qui sont coaxiaux par rapport aux orifices 114, la disposition étant telle que les anneaux d'orifices 114 et 11) est la meme queceLle décrite ci-dessus à propos des orifices 20 et 27 du mode de réalisation de la figure 1. Un troisième groupe d'orifices lló est prévu dans la partie d'enveloppe 103 ces orifices lló étant alignés avec les orifices 114 et 115 respectifs.Un anneau de petits orifices 120 est prévu à l'intérieur de l'anneau des troisièmes orifices 11v, constituant des orifices anti-carbone de la meme manière que les orific-es 29 de l'injecteur de la figure 1.

Dans un mode de fonctionnement de l'injecteur à combustible, du combustible liquide passe le long de l'alésage 1o7 et du canal 11U pour sortir par les orifices 114. En même temps, de l'air est pompé séparément le long du canal 10d pour circuler dans les espaces 109 et 113 et sortir par les orifices Ilo. air passe également dans le second canal 111, par l'orifice d'éntrée 112, pour sortir par les orifices 115. Le combustible liquide est donc mélangé intimement avec l'air lorsqu'il passe successivement par les orifices 116 et 115, ce qui permet d'obtenir une émission conique divergente d'air et de combustible. Comme dans le cas du premier mode de réalisation, cette disposition assure une pulvérisation efficace, particulièrement aux basses pressions du combustible. Cette émission conique divergente d'air et de combustible pénètre dans le courant d'air turbulent produit dans le dispositif à turbulence D.

Dans un autre mode de fonctionnement de l'injecteur, le débit de combustible liquide est interrompu et le canal 10o est relié à une source de combustible gazeux pompé. L'air continue à arriver à l'injecteur par l'orifice d'entrée 112, de sorte que le combustible gazeux sort par les orifices llo et se mélange avec l'air qui circule le long du canal 111, de sorte qu'un mélange d'air et de combustible gazeux est émis par les orifices liS dans le courant d'air turbulent du dispositif à turbulence
D.

L'injecteur à combustible représenté sur les figures J et 4 est également destiné à dtre utilisé dans un tube à flamme, à l'intérieur d'un anneau de lames de turbulence d'air et il comporte un corps allongé composite 200 supporté par un bras support 2V1 creux. be corps 200 comporte une partie d'enveloppe extérieure 202 soudée sur le bras support 201. Le corps 200 comporte également une partie d'enveloppe intérieure 203 et un manchon 204. Une extrémité de la partie d'enveloppe intérieure 203 est fixée de façon étanche dans une extrémité in intérieure du manchon 204 pour y être supportée.Le manchon kVQ est supporté de façon étancne dans une ouverture du bras 201, de manière qu'unie extrémité ouverte 20 de ce manchon 204 soit exposée à l'extrémité amont du corps 200. Un tube 206 d'arrivée de combustible de liquide est disposé dans la partie d'enveloppe intérieure 203. Le tube 206 d'arrivée de combustible liquide est supporté de façon étanche à son extrémité amont dans un raccord coudé à angle droit 2u7 formé en une seule piece dans le manchon 2o4. Le tube 20c comporte un te ton ZVb à son extrémité avalt pénétrant dans la partie d'enveloppe intérieure 20 pour maintenir le tube 200 coaxialement dans cette partie.A l'extrémité qui supporte le teton 2V6, le tube 206 comporte un anneau de premiers orifices 209 (dont un seul est représenté) qui font un angle aigu de(45 dans le cas présent) avec l'axe longitudinal du corps 200.

Un premier canal 210 est formé dans le tube 206 et assure la communication entre les premiers orifices 209 et le raccord d'angle 202 qui reçoit du combustible liquide, dans un premier mode d'utilisation, provenant d'une pompe, non représentée, par un tube 211.

Ce dernier est disposé dans la direction longitudinale du bras support 201 et il est fixé de façon étanche dans le raccord 207. Un second canal annulaire 212 est défini dans le corps 200, entre le tube 206 et la partie d'enveloppe intérieure 203, à l'intérieur du manchon 2o4. Le second canal annulaire 212 est un passage d'air et il comporte une entrée formée par ltex- trémité ouverte 20) du manchon 204. A l'extrémité du canal 212 opposée à l'extrémité ouverte 29D, se trouve un anneau de seconds orifices 213 dont un seuil est représenté, et qui sont alignés avec les premiers orifices 209.Un troisième canal 223 est dofini entre La partie d'enveloppe extérieure 202 et la partie d'enveloppe intérieure 203. Ce troisième canal 223 reçoit de ltair à son extrémité amont par une série de fentes inclinées 214 traversant la partie d'enveloppe 202. Ces fentes inclinées 214 apparaissent plus en détail sur la figure 4 et elles impriment une turbulence à l'air pénétrant dans le troisième canal 223 car elles présentent une composante de direction tangentielle. Ainsi, l'air passant le long du troisième canal 223 est turbulent de manière hélicoïdaLe.La partie denve- loppe extérieure 202 est solidaire d'une Livre annulaire 2lf dirigée vers l1intérieur, délimitant une sortie 216 à l'extré- mité aval du corps 200. La lèvre 215 comporte une surface in intérieure dirigée radialement en face du canal 223 et une surface extérieure tronconique évasée. Les seconds orifices 21) débouchent dans la sortie 216 et sont alignés avec la périphérie intérieure de la lèvre 215. extrémité amont du canal 223 est définie par un élément annulaire 217 solidaire d' un manchon 218 disposé axialement par rapport au canal 223 et se tenninant en aval des fentes 214.Le manchon 218 comporte un rebord annulaire 219 dirigé vers l'intérieur à son extrémité aval. Le rebord 219 est ajusté exactement autour de la partie d'enveloppe intérieure 203 mais peut coulisser sur elle. Immédiatement derrière le rebord 219, dans la direction amont, mais en aval des fentes 214, le manchon Z18 comporte un anneau de fentes inclinées 220. ,es fentes 220 ont une direction tangentielle mais sont orientées à l'opposé des fentes 214 (voir figure 4). Un canal 221 pour du combustible gazeux se trouve entre le manchon 218 et la partie d'enveloppe 203, entre la partie d'enveloppe extérieure 202 et le manchon 204, traversant le bras support 201.Ce canal 221 reçoit du combustible gazeux provenant d'une pompe extérieure, non représèntée.

Dans un premier mode de fonctionnement de l'injecteur à combustible, la pompe de combustible gazeux de fonctionne pas de sorte que le canal 221 et les fentes 220 ne sont pas utilisés. Du combustible liquide qui doit être injecté est pompé le long du tube 211, par le raccord 207, et le long du tube 206 pour être émis par les premiers orifices 209. Simul tanément, de ltair passe par le second canal 21Z, par l'extré- mité ouverte 205 et il sort avec le combustible par les orifices 20y, en traversant I'anneau de seconds orifices k13 d'une maniere similaire à celle décrite en regard de la figure 2 produisant ainsi une émission conique de combustible et d'air.Par ailleurs, de l'air passe par les fentes inclinées 214 et le courant d'air turbulent qui en résulte passe par le troisième canal 223 pour sortir par la sortie 215 après avoir été dévié radialement vers ltintérieur par la surface intérieure de la lèvre 21j. Le courant d'air ainsi créé attire l'émission conique d'air et de combustible sortant par les orifices213, en aug,nentant angle du cbne et en assurant ainsi une émission plus uniforme et une meilleure pulvérisation du combustible liquide. Ainsis l'utilisation d'une source d'air pompé séparément est inutile.

Dans un second mode de fonctionnement de l'injecteur, l'écoulement de combustible liquide est interrompu et la pompe de combustible gazeux fonctionne pour que du combustible gazeux passe le long du canal 221 et sortepar les fentes 220 dans le troisième canal .'23, en aval des fentes 214. Le combustible gazeux provenant des fentes 220 présente des turbulences produites par les fentes 220 et il est entraîné dans le courant d'air turbulent du canal 223 pour sortir par la sortie 21o avec l'air provenant du second canai 212 sortant par les orifices 213.

Ainsi, un mélange complet de combustible gazeux et d'air se produit dans le canal 223 avant de sortir par la sortie 21o.

Grssce à l'orientation relative des orifices 214 et 220, le combustible gazeux et l'air sont en turbulence dans la m8me direction, réduisant ainsi au minimum la perte de pression associe avec l'opération de mélange.

Hien entendu, diverses modifications peuvent entre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs décrits et illustrés à titre d'exemples nullement limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

RVENDICATi0NS l - Injecteur de combustible, calactérisé en ce qu'il comporte un corps allongé, des premier et second canaux dans la direction longitudinale du corps, ledit premier canal étant un passage de combustible liquide et ledit second canal étant un passage dtair dans au moins un mode d'utilisation de l'injecteur, un premier anneau d'orifices de sortie dans le corps communiquant avec le premier canai et un second ameau de sortie dans le corps communiquant avec le second canal, chaque orifice de sortie du premier anneau débouchant dans le second canal, en alignement avec un orifice de sortie respectif du second anneau, chaque orifice de sortie du second anneau ayant une surface supérieure à celle de l'orifice de sortie respectif du premier anneau, les orifices des premier et second anneaux se situant sur des axes qui font un angle aigu avec ltaxe longitudinal du corps de manière qu'en utilisation, un mélange d'air et de combustible soit éjecté par les orifices du second anneau pour se mélanger et former une émission de forme conique.

2 - injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les orifices sont tous disposés de maniere que leurs axes fassent un angle de 450 avec l'axe longitudinal du corps.
3 - injecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'une paroi d'extrémité du corps comporte au moins une couverture d'entrée établissant une communication entre le second canal et l'extérieur du corps près de ladite paroi d'extrémité.
4 - Injecteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps comporte un troisième canal qui est un passage d'air, le second canal étant un passage d'air dans un premier mode d'utilisation et un passage de combustible gazeux dans .un autre mode d'utilisation, ledit premier canal étant un passage de combustible liquide dans ledit premier mode d'utilisation et n'étant pas utilisé dans ledit second mode d'utilisation, un troisième anneau d'orifices de sortie étant prévu dans le corps les orifices du premier anneau communiquant avec le troisième canal et étant alignés avec les orifices respectifs des premier et second anneaux, les orifices du second anneau étant disposés entre les orifices du premier anneau et ceux du troisième anneau et les orifices du troisième anneau ayant une surface supérieure à celle des orifices correspondants des premier et second anneaux.
5 - Injecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le corps comporte une ouverture d'entrée établissant une communication entre le troisième canal et l'extrieeur du corps.

t > - injecteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que plusieurs trous sont prévus dans une extrémité dudit corps qui doit strie disposée en utilisation, dans un tube à flamme, lesdits trous communiquant avec le second canal.
7 - Injecteur selon la revendication 4 ou 9, caractérisé en ce que plusieurs trus sont prévus dans une extrémité du corps qui doit astre disposée en utilisation, dans un tube à flamme, lesdits trous communiquant avec ledit troisième canal.

b - Injecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second canal est un passage flair dans des modes d'utilisation de combustible liquide et de combustible gazeux et reçoit de ltair par une ouverture d'entrée sur l'extrémité amont du corps.
9 - Injecteur selon la revendication b, caractérisé en ce qu'un troisième canal est prévu dans le corps pour le passage d'air en utilisation.
10 - Injecteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le troisième canal se termine par une sortie entourée par une lèvre annulaire dirigée vers l'intérieur du corps, la sortie étant agencée de manière à Autre franchie par le mélange d'air et de combustible éjecté par le second anneau d'orifices.

li - Injecteur selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce qu'un conduit d'alimentation communique avec le troisième canaL.
12 - Injecteur selon La revendication 11, caractérisé en ce que le conduit d'alimentation en gaz débouche dans le troisième canal en aval d'un dispositif de turbulence d'air.