FR2484020A1 - FUEL INJECTION ASSEMBLY FOR TURBOREACTOR CHAMBER - Google Patents
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Abstract
ENSEMBLE D'INJECTION DE CARBURANT POUR UNE CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOREACTEUR. L'ENSEMBLE COMPREND UN CORPS CYLINDRIQUE CREUX 1 DONT LE FOND TRONCONIQUE 6 RECOIT L'AMENEE DE CARBURANT 7. LE CHAPEAU 8 COMPORTE UNE PARTIE CENTRALE CONIQUE 10 RACCORDEE PAR UN ARRONDI A GRAND RAYON 11 A UNE PORTION PERIPHERIQUE ANNULAIRE PLANE 12. CETTE PARTIE PORTE DES ORIFICES D'INJECTION 5 EN SAILLIE. LE CORPS CYLINDRIQUE EST PROLONGE PAR UN AUBAGE CENTRIPETE 2 UNIQUE DELIMITANT UN VOLUME CYLINDRIQUE 3 PROLONGE PAR UN CONDUIT TUBULAIRE TERMINE PAR UN BOL CONIQUE 4. UNE BRIDE FIXEE AU BORD DU BOL PERMET SA FIXATION SUR LA CHAMBRE DE COMBUSTION. LES ORIFICES D'INJECTION 5 SONT DISPOSES SUR UN CERCLE CONCENTRIQUE A L'AXE DE L'ENSEMBLE DONT LE DIAMETRE EST COMPRIS ENTRE 0,7 ET 0,9 FOIS LE DIAMETRE DU CERCLE DETERMINE PAR LES BORDS DE FUITE 9 DES AUBES.FUEL INJECTION KIT FOR A TURBOREACTOR COMBUSTION CHAMBER. THE ASSEMBLY INCLUDES A HOLLOW CYLINDRICAL BODY 1 WHOSE TRUNCONIC BOTTOM 6 RECEIVES THE FUEL SUPPLY 7. THE CAP 8 INCLUDES A CONICAL CENTRAL PART 10 CONNECTED BY A LARGE RADIUS ROUND 11 TO A FLAT ANNULAR PERIPHERAL PORTION 12. THIS PART PROJECTED INJECTION HOLES 5. THE CYLINDRICAL BODY IS EXTENDED BY A SINGLE CENTRIPETE 2 BLADE DELIMING A CYLINDRICAL VOLUME 3 EXTENDED BY A TUBULAR DUCT ENDED BY A CONICAL BOWL 4. A FLANGE FIXED TO THE EDGE OF THE BOWL ALLOWS ITS FIXING ON THE BURNING CHAMBER. THE INJECTION HOLES 5 ARE ARRANGED ON A CIRCLE CONCENTRIC TO THE AXIS OF THE ASSEMBLY WHOSE DIAMETER IS BETWEEN 0.7 AND 0.9 TIMES THE DIAMETER OF THE CIRCLE DETERMINED BY THE LEAKING EDGES 9 OF THE BLADES.
Description
ENSEMBLE D'INJECTION DE CARBURANTFUEL INJECTION ASSEMBLY
POUR CHAMBRE DE TURBOREACTEURFOR TURBOREACTOR CHAMBER
L'ivenionconcerne un ensemble d'injection de carburant pour une chambre de combustion de turboréacteur, comprenant un aubage de tourbillonnement pour l'air de combustion et The invention relates to a fuel injection assembly for a turbojet combustion chamber, comprising a swirl vane for combustion air and
un injecteur de carburant.a fuel injector.
Les dispositifs d'injection de carburent dans les chambres de combustion de moteur à réaction sont généralement conçus Fuel injection devices in jet engine combustion chambers are generally designed
de manière qu'ils produisent un effet de cisaillement éner- in such a way that they produce an energetic shear
gique sur le flux de carburant. Cet effet de cisaillement on the flow of fuel. This shear effect
est le résultat de l'action combinée de flux d'air, pas- is the result of the combined action of airflow, not-
sant par deux aubages de tourbillonnement, antre lesquels two swirling vanes, between which
on introduit le carburant.we introduce the fuel.
L'amenée de carburant est faite de différentes manières. The supply of fuel is made in different ways.
C'est ainsi que dans le brevet français 2.235.274, l'in- Thus, in French Patent 2,235,274, the
jecteur se présente sous la forme d'une buse annulaire, entourée d'un conduit pour le passage d'un premier flux d'air, dont la partie centrale canalise un second flux d'air. Les deux flux dti ainsi que le carburant passent dans des aubages de tourbillonnement et s'interpénètrent à leur sortie pour former un mélange air carburant dans jector is in the form of an annular nozzle, surrounded by a conduit for the passage of a first air flow, the central portion of which channels a second air flow. The two flows and the fuel pass into swirling vanes and interpenetrate at their exit to form a fuel air mixture in
lequel ce dernier est finement divisé. which is finely divided.
Dans le brevet français 2.206.796, le carburant est envoyé dans des canaux débouchant tangentiellement dans un espace annulaire dont l'ouverture délivre un anneau de carburant In French patent 2,206,796, the fuel is sent into channels opening tangentially into an annular space whose opening delivers a fuel ring.
pulvérisé entre deux flux d'air tourbillonnaires. sprayed between two swirling air streams.
Dans le brevet des Etats Unis d'Amérique 3.703.259, le carburant est introduit par des ouvertures radiales ou axiales dans un premier flux d'air tourbillonnant. Ce flux rencontre un deuxième flux d'air tourbillonnant en sens inverse et provoque, dans la zone de rencontre, un flux In U.S. Patent 3,703,259, fuel is introduced through radial or axial openings in a first whirling air stream. This flow meets a second flow of air swirling in the opposite direction and causes, in the meeting zone, a flow
248 4020248 4020
d'air turbulent qui divise finement les gouttelettes de car- of turbulent air that finely divides the droplets of
burant transportées par le premier flux. transported by the first flow.
Il ressort des documents analysés ainsi que de l'opinion gé- It appears from the documents analyzed and from the general opinion
néralement admise chez les motoristes, que l'obtention d'une bonne pulvérisation et d'un bon mélange du carburant dans l'air de combustion passent nécessairement par l'utilisation d'ensembles d'injection comportant au moins deux aubages de tourbillonnement par lesquels passe l'air de combustion, le carburant étant injecté directement entre les deux flux ou generally accepted by motorists, that the obtaining of a good spray and a good mixture of the fuel in the combustion air necessarily pass through the use of injection assemblies comprising at least two swirling vanes by which passes the combustion air, the fuel being injected directly between the two flows or
étant transporté par un des flux.being carried by one of the flows.
Les avantages de ces techniques d'injection aérodynamiques The advantages of these aerodynamic injection techniques
sont largement connus, mais l'application de ce type d'in- are widely known, but the application of this type of
jecteur aux machines de petites dimensions devient impra- jector to small machines becomes imper-
ticable par suite des contraintes dimensionnelles de la because of the dimensional constraints of the
réalisation et des nécessités de réduction de l'encombrement. realization and the need to reduce congestion.
L'ensemble d'injection selon l'invention utilise toujours The injection assembly according to the invention always uses
la pulvérisation par cisaillement du carburant par un écou- the shearing of the fuel by a sample of
lement d'air, mais met en oeuvre un dispositif simplifié. air, but uses a simplified device.
L'ensemble d'injection de carburant, selon l'invention, pour une chambre de combustion de turboréacteur dans lequel les gouttelettes de carburant sont fractionnées par un flux d'air tourbillonnant est remarquable en ce qu'il comporte The fuel injection assembly according to the invention for a turbojet combustion chamber in which the fuel droplets are fractionated by a swirling air flow is remarkable in that it comprises
un auliage de tourbillonnement unique, pour la mise en rota- a unique swirling auliage, for rotating
tion du flux d'air, constitué par un aubage centripète cylindrique air flow, consisting of cylindrical centripetal blading
dont les bords de fuite des aubes délimitent un volume/rac- whose vanishing edges of the vanes delimit a volume / rac-
cordé en aval à un bol cylindro-conique par lequel l'ensem- downstream to a cylindro-conical bowl through which the whole
ble est fixé à la chambre de combustion et en amont au dis- ble is attached to the combustion chamber and upstream to the
positif d'injection des gouttelettes de carburant. positive injection of fuel droplets.
Le dispositif d'injection des gouttelettes de carburant est The device for injecting the fuel droplets is
constitué d'un corps creux dont le fond comporte une arri- consisting of a hollow body whose bottom comprises a
vée de carburant et le chapeau des orifices d'injection en of fuel and the cap of the injection ports
24_-L02324_-L023
saillie pour le passage du carburant. projection for the passage of fuel.
Les explications et figures données ci-après à titre d'exem- The explanations and figures given below as examples
ple permettront de comprendre comment l'invention peut être réalisée. ple will understand how the invention can be realized.
La figure l est une vue en perspective, partiellement arra- Figure 1 is a perspective view, partially broken away
chée d'un ensemble d'injection selon l'invention. of an injection assembly according to the invention.
La figure 2 montre une coupe de l'ensemble selon la figure 1. Figure 2 shows a section of the assembly according to Figure 1.
Les figures 3A et 3B sont une vue selon III-III de la fi- FIGS. 3A and 3B are a view along III-III of FIG.
gure 2 montrant deux formes de réalisation des orifices 2 showing two embodiments of the orifices
d'injection.injection.
La figure 1 montre une vue en perspective et partiellement Figure 1 shows a perspective view and partially
arrachée d'un ensemble d'injection selon l'invention. torn from an injection assembly according to the invention.
L'ensemble d'injection est fixé sur le fond d'une chambre The injection assembly is fixed on the bottom of a chamber
de combustion et se trouve baigné par un flux d'air prove- of combustion and is bathed in a flow of air
nant des compresseurs.compressors.
L'ensemble comprend un dispositif d'injection 1 de goutte- The assembly comprises an injection device 1 of drip
lettes de carburant, sur lequel est fixé un aubage ou "swirler" centripète 2 définissant en son centre un volume cylindrique prolongé par un conduit tubulaire 3. Le conduit fuel strips, on which is fixed a centripetal swelling or "swirler" 2 defining in its center a cylindrical volume extended by a tubular conduit 3. The duct
tubulaire est raccordé en aval à un bol conique 4. tubular is connected downstream to a conical bowl 4.
L'air provenant des compresseurs (flèches en trait plein) passe dans l'aubage 2 et prend un mouvement tourbillonnaire The air coming from the compressors (arrows in full line) passes in the vane 2 and takes a swirling motion
par suite de l'inclinaison des aubes. Le changement d'orien- as a result of the inclination of the blades. The change of direction
tation du flux d'air pénétrant par l'aubage est facilité penetrating air flow through the blading is facilitated
par la forme du chapeau 5 du dispositif d'injection 1)fai- by the shape of the cap 5 of the injection device 1) made
sant saillie dans le volume cylindrique. protruding into the cylindrical volume.
249 4o023 Li carburant, (-frlaches un trait interrompu) pulvérisé par 249 4o023 Li fuel, (-find a broken line) pulverized by
les buses ou orifices d'injection 5 dans une direction sen- the nozzles or injection ports 5 in a direction sen-
siblcment parallèle à l'axe du dispositif, vient couper le parallel to the axis of the device, cuts the
flux d'air tourbillonnant. Les gouttelettes, finement pulvé- swirling airflow. The droplets, finely pulverized
risées- par la rencontre des flux d'air et de carburant, se rised by the meeting of air and fuel flows,
mélangent intimement à l'air de combustion et forment un mé- intimately mix with the combustion air and form a
lange homogène.homogeneous mixture.
Le dispositif d'injection 1 est constitué d'un corps cylin- The injection device 1 consists of a cylindrical body
drique creux présentant selon l'exemple de réalisation un fond 6 tronconique au centre duquel est fixé le tube 7 d'arrivée de carburant. Le chapeau 8 du corps cylindrique fore aproimaivement, hollow jig presenting, according to the embodiment example, a frustoconical bottom 6 in the center of which is fixed the tube 7 of fuel supply. The cap 8 of the cylindrical body drills aproimaivement,
a une forme approximative/conique et porte près de-sa péri- has an approximate / conical shape and is close to its
phérie des orifices d'injection 5 répartis selon au moins injection ports 5 distributed according to at least
un cercle concentrique. Les orifices sont disposés de ma- a concentric circle. The orifices are arranged
nière à se trouver entre les bords de fuite 9 des aubes de to be between the trailing edges 9 of the blades of
tourbillonnement. De préférence le chapeau 8 du corps cy- swirling. Preferably, the cap 8 of the cymbal body
lindrique (Fig. 2) présente une portion centrale conique 10 lindrique (Fig. 2) has a conical central portion 10
qui se raccorde par un arrondi à grand rayon 11 à une por- which is connected by a large-radius rounding 11 to a por-
tion périphérique annulaire plane 12 sur laquelle sont pré- planar annular peripheral device 12 on which are
vues les orifices d'injection 5. Le chapeau 8, qui ferme l'extrémité amont du volume cylindrique 3, ne risque pas de présenter des dépôts de carbone car ils sont balayés par l'air de ltaubage centripète, et ne peut pas s'échauffer car il est refroidi par le carburant pénétrant dans le corps* 5. The cap 8, which closes the upstream end of the cylindrical volume 3, is not likely to present carbon deposits because they are swept by the air of the centripetal wiping, and can not s'. warm up because it is cooled by fuel entering the body *
cylindrique. Afin de faciliter le centrage du corps d'in- cylindrical. In order to facilitate the centering of the body of in-
jection, on prévoit, en amont, une jupe conique 16. Selon une forme préférée de réalisation, les orifices d'injection sont répartis sur un cercle concentrique à l'axe de llen- semble dont le diamètre est compris entre 0,7 et 0,9 fois le diamètre du cercle déterminé par les bords de fuite 9 According to a preferred embodiment, the injection orifices are distributed on a circle concentric with the axis of the axle whose diameter is between 0.7 and 0. , 9 times the diameter of the circle determined by the trailing edges 9
des aubes de tourbillonnement 2.swirl blades 2.
Les orifices d'injection 5 sont en saillie par rapport à la surface du chapeau B. Selon des formes de réalisation, les Injection ports 5 protrude from the surface of cap B. According to embodiments, the
248 4023248 4023
orifices débouchent au sommet de pavés soudés sur le cha- openings lead to the top of cobblestones welded on the
peau (Fig. 3A), ou à l'extrémité de tubes dtaxes parallèles à l'axe de l'ensemble (Fig. 3B). L'éloignement des orifices skin (Fig. 3A), or at the extremity of parallel distal tubes to the axis of the assembly (Fig. 3B). The distance of the orifices
dtinjection 5 de la surface du chapeau 8 présente deux a- injection 5 of the surface of the cap 8 has two
vantages: éviter le ruissellement de carburant sur le cha- peau, obtenir un écoulement de carburant perpendiculaire Advantages: avoid fuel runoff on the hatch, obtain a perpendicular fuel flow
au flux d'air au niveau de l'injection permettant-l'obten- the flow of air at the level of the injection allowing the
tion d'un mélange homogène de fines gouttelettes. a homogeneous mixture of fine droplets.
Le nombre des orifices d'injection (5) peut 8tre différent du nombre d'intervalles entre les aubes, toutefois il doit au moins 9tre égal à l'entier le plus proche du tiers du diamètre exprimé en mm du cercle sur lequel sont situés The number of injection ports (5) may be different from the number of gaps between the vanes, however it must be at least equal to the integer nearest one-third of the diameter expressed in mm of the circle on which are located
les orifices.the orifices.
Le volume cylindrique 3 est prolongé par un bol tronconique 4 qui porte sur son bord aval une bride 13. Cette bride The cylindrical volume 3 is extended by a frustoconical bowl 4 which carries on its downstream edge a flange 13. This flange
coopère avec un dispositif de fixation prévu sur la cham- cooperates with a fixing device provided on the chamber
bre et comportant des moyens pour permettre les déplace- and including means to enable the
ments de la bride tant dans le sens axial que dans le sens flange both in the axial direction and in the direction
radial. Une jupe cylindrique 14 coaxiale à ltaxe de l'en- radial. A cylindrical skirt 14 coaxial to the tax of the
semble est fixée près du bord portant la bride 13. La ju- seems to be fixed near the edge with flange 13. The
pe 14 facilite ltentonnement de l'air provenant des com- 14 facilitates the airflow from
presseurs vers l'ensemble d'injection et l'oblige à pé- pressers to the injection assembly and forces it to
nétrer par une ou plusieurs rangées de trous 15 dans le bol 4 o-il se mélange au flux air carburant et permet by one or more rows of holes 15 in the bowl 4 where it mixes with the fuel air flow and allows
une meilleure combustion aux bas régimes. better combustion at low speeds.
Le mode de fonctionnement de l'ensemble est classique dans le type d'injection aérodynamique. L'air mis en rotation crée une dépression centrale dans l'axe de l'injecteur ce qui favorise un courant de retour dans la partie amont The operating mode of the assembly is conventional in the type of aerodynamic injection. The air set in rotation creates a central depression in the axis of the injector which favors a return current in the upstream part
de la chambre de combustion, et les conditions d'une bon- of the combustion chamber, and the conditions of a good
ne combustion sont ainsi réunies.Combustion is thus brought together.
248L'23248L'23
Cette réalisation adaptée aux machines de petites dimensions avec la simplification technologique obtenue présente une This embodiment adapted to small machines with the technological simplification obtained presents a
grande fiabilité et un coût intéressant. great reliability and an interesting cost.
Le mode de réalisation décrit assure un ensemble de perfor- mances au niveau de l'allumage, de la stabilité, de la tenue The described embodiment provides a set of performance in terms of ignition, stability, holding
thermique et de la pollution.thermal and pollution.
248402O248402O
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