FR2628791A1 - Barre de dispersion de carburant et chambre de postcombustion la comportant - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une barre de dispersion 44 pour chambre de postcombustion de moteur à turbine à gaz. La barre comporte une base 52 ayant un collecteur 64 pour recevoir du carburant, et une multitude de tubes de carburant 56 s'étendant à partir de la base et communiquant par fluide avec le collecteur. L'invention comprend en outre un moyen 70 pour refroidir les tubes afin de permettre un mouvement thermique indépendant entre ce moyen et les tubes. Dans un mode de réalisation, le moyen de refroidissement comprend un élément de protection allongé 72 disposé en amont des tubes de carburant pour empêcher que les tubes ne soient soumis à l'impact des gaz de combustion, tout en canalisant un fluide de refroidissement tel que l'air sur les tubes. Dans un autre mode de réalisation, l'invention comprend un moyen pour fixer l'élément de protection du tube afin de permettre un mouvement longitudinal thermique non limité tout en restreignant le mouvement latéral entre eux au-delà d'une valeur prédéterminée. Applications aux moteurs à turbine à gaz.

Description

La présente invention concerne les injecteurs de carburant général pour

chambres de combustion des turbines à

gaz, et plus spécialement, une barre perfectionnée de pulvé-

risation de carburant pour une chambre de post-combustion d'un moteur à turbine à gaz. Dans un moteur à turbine à gaz comportant une chambre de post-combustion, disposée en aval d'un générateur de gaz pour fournir une poussée supplémentaire lorsque cela est souhaitable, des barres de pulvérisation de carburant, ou injecteurs, sont utilisés pour injecter du carburant dans la chambre de manière à le mélanger aux gaz provenant du générateur de gaz. En général, il est souhaitable que les barres de pulvérisation comportent un orifice de décharge de carburant tous les 5 cm2 de la zone de combustion de la chambre, ce qui nécessite en général un grand nombre de

barres de pulvérisation.

Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 2 978

870, on décrit un type de barre de pulvérisation perfec-

tionné qui comprend une multitude de tubes de carburant de différentes longueurs pour placer des orifices de décharge du carburant à des positions radialement différentes, ainsi - 2 -

que pour conférer des avantages supplémentaires. Une multi-

tude de barres de pulvérisation relativement courtes et

relativement longues sont espacées généralement circonféren-

tiellement autour d'une garniture de la chambre pour fournir une décharge relativement uniforme du carburant. On peut augmenter les performances des moteurs à turbine à gaz en accroissant les températures des gaz et des turbines, ce qui augmente la température du métal des barres de pulvérisation soumises aux gaz des turbines et accroit la tendance au préallumage du mélange carburant/gaz entre la barre de pulvérisation et les brûleurs disposés en aval. Par conséquent, on peut diminuer la distance entre les barres de

pulvérisation et les brûleurs de manière à éviter la ten-

dance au pré-allumage. Cependant, pour diminuer cette dis-

tance, il faut augmenter la distribution latérale du carbu-

rant à partir des barres de pulvérisation dans la distance

relativement plus courte qui sépare les barres de pulvérisa-

tion et les brûleurs de manière à assurer la dispersion uni-

forme du carburant au droit de ces derniers.

En outre, pendant le fonctionnement au régime avec

post-combustion d'un moteur classique à chambre de post-

combustion, le carburant passe dans la barre de pulvérisa-

tion et par conséquent en provoque le refroidissement.

Cependant, ce refroidissement ne se produit que pendant un fonctionnement de ce genre. De manière à assurer une durée de vie utile d'une barre de pulvérisation fonctionnant à des températures des gaz de sortie de la turbine supérieures aux

valeurs classiques et pendant les marches sans post-

combustion et avec une faible post-combustion d'un moteur, on peut procéder à son refroidissement. Cependant, des contraintes thermiques indésirables provoquées par l'interaction entre le fluide de refroidissement et la barre de pulvérisation relativement chaude doivent être évitées

pour obtenir une durée de vie utile de cette barre.

En conséquence, la présente invention a pour objet

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- 3 -

une barre de pulvérisation perfectionnée pour moteur à tur-

bine à gaz.

La présente invention a pour autre objet une barre

de pulvérisation de carburant pour chambre de post-

combustion de moteur à turbine à gaz comportant un moyen pour refroidir la barre afin de permettre des températures

plus élevées des gaz dans le moteur à turbine à gaz.

L'invention a encore pour objet une barre de pul-

vérisation de carburant pour chambre de post-combustion de moteur à turbine à gaz comportant un moyen pour refroidir la barre qui tient compte de la dilatation et de la contraction

thermiques différentielles.

Un autre objet de la présente invention est de proposer une barre de pulvérisation comportant un moyen pour

disperser latéralement les carburants.

La présente invention a aussi pour objet une barre

de pulvérisation comportant un moyen pour disperser le car-

burant dans le sens latéral avec des pertes minimales de la pression.

La présente invention concerne une barre de pulvé-

risation de carburant perfectionnée pour moteur à turbine à gaz comprenant une base, une multitude de tubes de carburant s'étendant à partir de celle-ci, et un moyen pour refroidir les tubes de carburant. Le moyen de refroidissement est espacé des tubes afin de permettre un mouvement thermique

indépendant entre le moyen de refroidissement et les tubes.

Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, la barre de pulvérisation du carburant-comprend un moyen pour disperser latéralement le carburant à partir des tubes, lequel, dans un mode de réalisation, comporte un élément en forme de delta placé de manière à produire des tourbillons. Selon un autre-mode de réalisation de l'invention, la barre de pulvérisation de carburant comprend un moyen

pour fixer le moyen de refroidissement aux tubes de carbu-

-4 -

rant afin de permettre un déplacement thermique longitudi-

nal, non limité, tout en restreignant le mouvement latéral

entre eux.

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement:

Figure 1, une vue schématique d'un moteur à tur-

bine à gaz comprenant une chambre de post-combustion selon un mode de réalisation de la présente invention; Figure 2, une vue en bout d'un quart, prise le long de la ligne 2-2 de la figure 1, représentant trois des

nombreuses barres de pulvérisation espacées circonférentiel-

lement les unes des autres selon un mode de réalisation de la présente invention; Figure 3, une vue de côté, en partie en coupe, prise le long de la ligne 3.-3 de la figure 2 d'une barre de pulvérisation selon un mode de réalisation de la présente invention; Figure 4, une vue en coupe à grande échelle de la barre de pulvérisation représentée en figure 3 prise le long de la ligne 4-4;

Figure 5, une vue en coupe de la barre de pulvéri-

sation représentée en figure 3, prise le long de la ligne 5-5;

Figure 6, une vue en coupe de la barre de pulvéri-

sation représentée en figure 3, prise le long de la ligne 6-6;

Figure 7, une vue en coupe de la barre de pulvéri-

sation représentée en figure 3, prise le long de la

ligne 7-7.

Figure 8, une vue en perspective d'un élément d'aile en delta d'un mode de réalisation de l'invention,

représentant la formation de tourbillons sur son dessus;.

Figure 9, une vue en perspective d'une aile delta

selon un autre mode de réalisation de la présente inven-

tion; Figure 10, une vue en perspective d'une paire d'ailes selon un autre mode de réalisation de la présente invention; Figure 11, une vue en perspective d'une paire de tubes creux sous forme de barre en T selon un autre mode de réalisation de la présente invention; Figure 12, des vues A, B, C, D et E de plusieurs modes de réalisation de barres de pulvérisation ayant fait l'objet d'essais pour comparer l'aptitude à la dispersion du

carburant.

En figure 1, on a représenté sous forme schéma-

tique un moteur 10 à turbine à gaz comportant un générateur classique de gaz 12 constitué d'un compresseur 14, d'une chambre de combustion 16 et d'une turbine à haute pression 18 qui entraîne le compresseur. Le moteur 10 comprend en

outre une soufflante classique 20 disposée en amont du com-

presseur 14, et une entrée 22 de réception de l'air ambiant.

La soufflante 20 est reliée en rotation à une turbine à basse pression 24 disposée en aval de la turbine à haute pression 18. Le générateur de gaz 12 est monté à l'intérieur d'une enveloppe annulaire 26 qui est radialement espacée dans la direction de l'intérieur d'une enveloppe extérieure

28 du moteur pour définir une conduite de dérivation 30 des-

tinée à recevoir une partie de l'air 32 provenant de la soufflante 20, le reste de l'air étant canalisé pour entrer

dans le compresseur 14.

En aval du générateur de gaz 12, une chambre de post-combustion de postcombustion 34 comporte une garniture de refroidissement 36 espacée radialement, dans la direction de l'intérieur, de l'enveloppe extérieure 28 de manière à

définir entre elles un passage annulaire d'air de refroidis-

sement 38. La garniture 36 définit aussi une zone de combus-

tion 40. Pivotant sur l'extrémité aval de l'enveloppe exté-

rieure 28 se trouve une tuyère classique 42 à échappement

variable.

- 6 - La chambre de post-combustion 34 comporte en outre

une multitude d'injecteurs de carburant, ou barres de pulvé-

risation 44, orientés radialement, espacés circonférentiel-

lement les uns des autres, selon la présente invention. Les barres de pulvérisation 44 sont fixées, comme cela est clas-

sique, sur l'enveloppe 28 à une extrémité amont de la garni-

ture 36 et sont espacées les unes des autres en amont d'une multitude de brûleurs, ou stabilisateurs 46. Les barres de pulvérisation 44 sont connectées, comme cela est classique, o10 à une source de carburant (non représentée) et fournissent le carburant en amont des brûleurs 46 afin de produire une plus grande poussée de sortie, le cas échéant. Entre le générateur de gaz 12 et la chambre 34 et s'étendant en aval de l'extrémité aval de l'enveloppe intérieure 26 se trouve

un mélangeur lobé classique 48.

En marche, l'air entre par l'orifice d'admission 22, dont une première partie contourne le générateur de gaz 12 en passant par la conduite de dérivation 30, et une

seconde partie entre dans le compresseur 14 o elle est com-

primée et canalisée jusqu'à la chambre de combustion 16 pour

mélange avec le carburant et production des gaz de combus-

tion 50. Les gaz 50 relativement chauds, à haute pression, traversent la turbine haute pression 18, laquelle tourne pour entraîner le compresseur 14, et traversent ensuite la turbine basse pression 24, laquelle tourne pour entraîner la soufflante 20. Les gaz 50 sont refoulés -par le générateur de gaz 12, canalisés au droit des barres de pulvérisation 44 et mélangés avec l'air 32 de la soufflante en provenance du

mélangeur 48 dans la chambre- de post-combustion 34.

Lorsqu'on souhaite avoir une plus grande poussée, le carbu-

rant est déchargé par les barres de pulvérisation 44 et mélangé avec les gaz 50 et l'air 32 pour combustion dans la zone de combustion 40 en.aval des brûleurs 46. Une partie de l'air 32 de la soufflante est canalisée dans le passage 38 de l'air de refroidissement et longe la garniture 36 pour en - 7 - provoquer le refroidissement et est déchargée à l'extrémité aval de la garniture 36 et le long de la surface intérieure

de la tuyère d'échappement 42.

En figures 2 à 7 on a représenté plus particuliè-

rement la barre de pulvérisation 44 selon un mode de réali- sation préféré de la présente invention. En liaison avec la

figure 3, par exemple, chaque barre de pulvérisation 44 com-

porte une base 52 montée sur l'enveloppe 28 et fixée à

celle-ci par des moyens classiques, par exemple par des bou-

lons, non représentés. Une multitude de tubes de carburant 56 s'étendent dans le sens radial de l'intérieur à partir de la base 52 en passant par une ouverture 54 ménagée dans

l'enveloppe 28, traversent le passage 38 de l'air de refroi-

dissement, puis une ouverture 55 ménagée dans le mélangeur 48. Dans le mode de réalisation donné à titre d'exemple qui est représenté, les tubes de carburant 56 sont au nombre de 4: un premier tube 56a, tube amont, suivi tour à tour par un second tube 56b, un troisième tube 56c et un quatrième tube 56d, chaque tube de décharge se trouvant à

l'emplacement radial désiré.

Chaque tube de carburant 56 a une extrémité proche 58 fixée à la base 52 et une extrémité distale, opposée, 60 qui est placée dans la direction radiale de l'intérieur du mélangeur 48 et en amont des brûleurs 46. Chaque tube de carburant 56 comprend en outre un passage de carburant 62

s'étendant entre l'extrémité proche 58 et l'extrémité dis-

tale 60, qui communique avec un collecteur commun de carbu-

rant 64 disposé dans la base 52. Le collecteur 64 commu-

nique, à son tour, avec un orifice d'entrée de carburant 66 de la base 52, qui est connecté à une source classique de carburant du moteur 10 (non représenté). Chaque extrémité distale 60 du tube comporte au moins un orifice 68 de décharge de carburant, deux orifices étant représentés dans un mode de réalisation préféré, qui communiquent par fluide avec le passage respectif 62.: -8- Les tubes de carburant 56 ont une longueur variable, le premier tube 56a étant le plus long, suivi tour à tour des tubes relativement plus courts 56b, 56c, le tube

56d étant le plus court. En conséquence, les orifices res-

pectifs 68 de décharge du carburant des tubes 56 sont dispo- sés à des endroits radiaux différents à l'intérieur de la garniture 36 pour disperser le carburant d'une façon plus uniforme.

Selon un mode de réalisation de la présente inven-

tion, les barres de pulvérisation 44 comprennent un moyen 70

pour refroidir les tubes de carburant 56 pendant le fonc-

tionnement du moteur 10 avec et sans chambre de post-

combustion lorsque l'écoulement du carburant par les barres de pulvérisation 44 s'effectue ou non, respectivement. Comme un moteur avec chambre de post-combustion fonctionne typiquement avant tout sans une telle chambre pendant sa

durée de vie utile, le refroidissement des barres de pulvé-

risation 44, autrement que par leur traversée par le carbu-

rant, constitue un moyen d'assurer une durée de vie plus longue des barres 44 soumises à des gaz 50 relativement chauds. Cependant, comme les barres de pulvérisation 44 sont relativement longues, et soumises à des gaz 50 relativement

chauds, et qu'un réfrigérant est relativement froid, la dis-

torsion et les contraintes thermiques doivent être minimi-

sées afin d'obtenir une durée de vie plus utile des barres 44. Pour atteindre cet objectif, le moyen de refroidissement s'étend à partir d'un endroit proche de la base 52 et est

espacé des tubes de carburant 56 afin de permettre un mouve-

ment thermique indépendant entre le moyen de refroidissement

70 et les tubes 56 et obtenir une dilatation et une contrac-

tion thermiques indépendantes et sensiblement non limitées entre le moyen et les tubes 56. Bien qu'on ait représenté les tubes de carburant 56 comme formant un même ensemble, de préférence coulé, on peut les fabriquer et les assembler ensemble de la manière classique; mais, dans l'un ou - 9 l'autre mode de réalisation, ils ne sont pas connectés de manière fixe au moyen de refroidissement 70 dans le sens radial de l'intérieur du mélangeur 48 o les gaz chauds 50

sont canalisés afin de permettre un tel mouvement différen-

tiel non limité entre eux. Comme cela est représenté plus particulièrement en

figures 3-7, le moyen de refroidissement 70 comporte un élé-

ment allongé de protection 72 espacé en amont du premier tube 56a, qui présente une extrémité proche 74 connectée de façon fixe à l'extrémité proche 58 de ce tube à l'intérieur

du passage 38 de l'air de refroidissement. L'élément de pro-

tection 72 pourrait être en variante fixé directement à la

base 52.

L'élément de protection 72 comprend en outre une extrémité distale 76, opposée à l'extrémité proche 74, qui

est espacée de l'extrémité distale 60 du premier tube 56a.

L'élément de protection 72 est façonné de manière à empêcher que les tubes de carburant 56 ne subissent directement l'impact des gaz 50 du moteur à turbine à gaz qui peuvent passer à leur niveau. L'élément de protection 72 comporte de préférence une surface 78 en regard de l'avant, qui bloque la ligne de vision des tubes 56 pour les protéger contre les gaz 50. De préférence, l'élément de protection 72 et sur la

face avant 78 ont la forme générale d'un U et sont symé-

triques et présentent un bord avant 80 dirigé vers l'amont.

L'élément de protection 72 a une forme régulière, relative-

ment aérodynamique, et se présente comme un plan aérodyna-

mique de manière à fournir une traînée ayant un coefficient relativement faible afin de réduire les pertes de pression

associées à celle-ci.

Par conséquent, l'utilisation de l'élément de pro-

tection 72 bloque en soi un choc direct des gaz 50 contre les tubes de carburant 56 afin d'assurer au moins un certain

refroidissement de ceux-ci.

Selon une autre caractéristique de la présente

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invention, le moyen de refroidissement 70 comporte un pas-

sage de fluide 82 s'étendant entre l'extrémité proche 74 et l'extrémité distale 76 de l'élément de protection 72 afin de canaliser dans celui-ci un fluide de refroidissement. Le passage 82 communique avec une entrée 84 d'admission de fluide de refroidissement qui est disposée dans l'extrémité 74. Comme cela est représenté, l'orifice d'entrée 84 est constitué d'une simple ouverture en regard de l'amont dans

le passage 38 de l'air de refroidissement de manière à rece-

voir une partie de l'air 32 de la soufflante pour canalisa-

tion dans le passage 82.

L'extrémité distale 76 de l'élément de protection est de préférence espacée du premier tube de carburant 56a sur la totalité de sa longueur jusqu'à son intersection 85 avec l'extrémité proche 74. qui, comme représentée dans le mode de réalisation donné à titre d'exemple en figure 3, se trouve à l'ouverture 55 du mélangeur 48. On remarquera qu'une partie extérieure 44a de la barre de pulvérisation 44, comprenant - l'extrémité proche 74, est placée à l'intérieur du passage de refroidissement 38 et exposée à l'air de refroidissement 32 de la soufflante, alors qu'une partie intérieure 44b de la barre 44, comportant l'extrémité distale 76, se trouve dans la direction radiale de l'intérieur du mélangeur 48, et est exposée aux gaz chauds

50. Comme la partie extérieure 44a de la barre de pulvérisa-

tion est soumise à l'air 32, son mouvement thermique sera généralement uniforme. Cependant, comme la partie intérieure

44b est soumise aux gaz chauds 50 et que l'élément de pro-

tection 72 est refroidi, l'espacement entre l'élément 72 et le premier tube de carburant 56a permet sa dilatation et sa

contraction thermiques différentielles d'une manière prati-

quement non limitée, évitant la distorsion et les contraintes qui se produiraient si l'extrémité distale'76 de l'élément de protection était fixée à l'extrémité distale 60 du premier tube. L'intersection 85 peut en variante être

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située soit au dessous, soit au dessus de l'ouverture 55 du mélangeur, en fonction de la réalisation particulière, dans la mesure o un mouvement différentiel effectif non limité est autorisé entre l'élément de protection 72 et le premier tube de carburant 56a. L'élément de protection 72 comprend en outre une

multitude d'orifices de décharge 86 espacés longitudinale-

ment les uns des autres, disposés de manière à communiquer par fluide avec le passage 82 afin de canaliser l'air de refroidissement 32 à partir du passage 82 et au-dessus des tubes de carburant 56. Plus spécialement, les orifices 86 sont espacés d'un bord avant 88, en étant en regard de celui-ci, du premier tube de carburant 56a, qui constitue le tube le plus en avant. Les orifices 86 sont dimensionnés de manière à provoquer le refroidissement par impact du premier

tube de carburant 56a au bord avant 88.

En liaison avec la figure 4, par exemple, le moyen

de refroidissement 70 comprend en outre la surface inté-

rieure 90 de l'élément de protection 72, en regard de la direction générale de l'arrière, qui a la forme générale d'un U, et est espacée en amont d'une surface complémentaire 92, en regard de la direction générale de l'avant, afin de

définir un espace ou canal 94 entre eux. Le canal 94 commu-

nique par fluide avec les orifices de décharge 86 et reçoit de l'air utilisé tout d'abord pour le refroidissement par impact du bord avant 88. L'air traverse alors le canal 94 et assurera un refroidissement supplémentaire par convection de la surface intérieure 90 et de la surface avant 92. Le canal 94 se termine au droit de fentes de décharge 96 inclinées vers l'arrière, définies entre l'élément de protection 72 et les tubes 56, et dimensionnées et configurées pour fournir un film d'air de refroidissement vers l'aval le long des première et seconde surfaces latérales, opposées, 98 et 100,

respectivement, de la partie du bord arrière des tubes 56.

Les première et seconde surfaces latérales 98, 100 conver-

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gent de préférence vers un bord arrière 102 et, avec la sur-

face avant 92, définissent la totalité de la surface exté-

rieure des tubes 56. Collectivement, la surface avant 78 de l'élément de protection 72 et les surfaces latérales 98, 100 définissent un ensemble symétrique ayant un coefficient de

traînée relativement faible.

Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, la barre de pulvérisation 44 comprend en outre un moyen 104 pour fixer l'élément de protection 72 aux tubes de

carburant 56 afin de permettre un mouvement thermique longi-

tudinal non limité entre eux tout en limitant entre eux un mouvement latéral excessif. Un mode de réalisation préféré, donné à titre d'exemple, pour le moyen de fixation 104 sera décrit en liaison avec la figure 5 mais s'applique également

aux figures 4 et 6.

Le moyen de fixation 104 comprend la surface avant 92 des tubes 56 ayant la forme d'une première queue d'aronde, en arc et la surface intérieure 90 de l'élément de protection 72 présentant la forme d'une seconde queue d'&ronde, en arc, complémentaire à la forme de la première queue d'aronde. La surface avant 92, et le premier tube de carburant 56a comprennent une partie 106 de largeur maximum, et l'élément de protection 72 comporte une partie à col 108

ayant une largeur inférieure à la largeur maximum de la par-

tie 106, partie 108 qui est disposée en aval de la partie 106. Dans cet agencement, l'élément de protection 72 peut se dilater et se contracter à partir de son extrémité proche 74 sans être limité par les tubes de carburant 56 dans la direction longitudinale par suite de la présence du canal 94 entre lui et les tubes 56. Cependant, l'agencement en queue d'aronde venant d'être décrit permettra un mouvement latéral non limité (par exemple une dilatation et une contraction) entre l'élément de protection 72 et les tubes de carburant 56 tout en limitant un mouvement excessif au delà de l'étendue prédéterminée du canal 94 dès que l'espace formé

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par ce canal est éliminé par suite d'un mouvement latéral

entre l'élément de protection 72 et les tubes 56, se tradui-

sant par un contact entre eux.

Par conséquent, l'élément de protection 72 n'est pas limité dans la direction latérale tant que la surface intérieure 90 n'est pas en contact avec la surface avant 92, auquel cas la limite latérale interviendra. L'agencement en queue d'aronde décrit en figure 5 est semblable pour toutes les sections des seconde, troisième et quatrième tubes de carburant 56b, 56c et 56d à l'intersection 85 comme cela est représenté en figures 3 à 6. Cependant, cet agencement peut aussi être utilisé en variante à des parties sélectionnées

du tube 56, le cas échéant.

Dans encore un autre mode de réalisation,

l'invention comprend un moyen 110 pour disperser latérale-

ment le carburant à partir de l'orifice de décharge 68 d'au moins l'un des tubes 56, comme représenté en figure 3, par exemple. Les barres de pulvérisation classiques procèdent

simplement à la décharge du carburant par un orifice sem-

blable à l'orifice 68 du premier tube de carburant 56a. Le carburant provenant de l'orifice 68 se mélange avec des gaz de combustion pouvant passer sur la barre de pulvérisation 44 et se trouve ainsi entrainé. Cependant, en utilisant le moyen de dispersion 110, qui permet la dispersion latérale du carburant dans une direction radiale, ou une direction circonférentielle, ou les deux, on peut employer moins de barres de pulvérisation dans une chambre de post-combustion et/ou on peut les disposer plus près des brûleurs 46 de

manière à conférer les avantages supplémentaires d'une dis-

tribution latérale du carburant et d'un plus grand rende-

ment, par exemple.

Le moyen de dispersion latérale 110 comprend, dans un mode de réalisation préféré de l'invention, une aile en demi-delta et une base 112 en forme de T, ou simplement une aile 112 en demi-delta. L'aile 112 comprend un sommet 114 en

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une pièce avec les tubes 56 à proximité du bord arrière 102.

L'aile 112 comporte en outre une base 116 en porte à faux sur les tubes 56 au sommet 114. L'aile 112 comporte en outre un premier côté 118 s'étendant latéralement et à l'arrière de la première surface latérale 98 proche du sommet 114 et s'étendant jusqu'à la base 116, et un second côté 120 s'étendant latéralement et en arrière de la seconde surface latérale 100 entre un endroit proche du sommet 114 et la

base 116.

L'aile 112 dans le mode de réalisation préféré qui est représentée en figures 2 à 6 est pratiquement massive et comporte en outre un premier passage 122 de carburant s'étendant à travers elle en étant contigu à un premier bord avant 124 du premier côté 118 en communication par fluide avec l'orifice de décharge 68 du passage de carburant 62 du tube respectif 56. L'aile 112 comporte d'une façon similaire un second passage de carburant 126 qui s'étend à travers elle en étant contigu à un second bord avant 128 du second côté 120 en communication par fluide avec l'orifice de

décharge 68 du passage de carburant 62 du tube respectif 56.

Les premier et second passages 122 et 126 s'étendent jusqu'à la base 116 et y définissent des premier et second orifices de décharge 130 et 132, respectivement, qui sont en regard de l'arrière. L'aile 112 est considérée comme un demi-delta car elle a la forme générale d'un triangle ayant une hauteur H qui est égale à environ la moitié de sa base B, et est en outre caractérisée comme étant une barre en T à cause des

deux passages de carburant 122 et 126 qui s'étendent latéra-

lement et y sont disposes.

Dans la mesure o l'aile delta 112 comporte des éléments du type aile s'étendant latéralement, c'est-à-dire le premier côté 118 et le second côté 120, l'écoulement des gaz 50 sur son dessus, lequel s'effectue principalement dans

une direction parallèle à l'axe 134 de la chambre de post-

combustion, comprendra une composante latérale qui aura ten-

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dance à suivre les bords avant 124 et 128 comme cela se pro-

duirait dans une aile d'avion. On peut utiliser ce comporte-

ment pour aider à la dispersion latérale du carburant déchargé par leorifices 130 et 132 dans les directions circonférentielle et radiale. Pour renforcer encore la dispersion latérale du carburant dans les directions circonférentielle et radiale, l'aile delta 112 est placée de manière prédéterminée dans la

direction radiale de l'intérieur suivant un angle P par rap-

port à l'axe 134, comme cela est représenté en figure 3, de sorte que le sommet 114 est disposé dans la chambre 34 à un rayon plus grand que la base 116. Contrairement à une aile

d'avion classique dans laquelle le décrochage est indési-

rable, l'angle P peut être choisi de la manière classique de

manière à assurer la génération d'au moins un certain décro-

chage aérodynamique des gaz 50 du moteur à turbine à gaz pouvant s'écouler sur l'aile 112 de manière à créer de façon

prédéterminée des tourbillons qui entraîneront les carbu-

rants déchargés par les orifices 130 et 132 afin d'améliorer la dispersion latérale de ce carburant. Dans plusieurs modes de réalisation qui ont fait l'objet de tests, on a utilisé des angles P d'environ 10 et 20 pour créer effectivement

les tourbillons.

En figure 8, on a représenté l'une des ailes demi-

delta 112 avec les tourbillons respectifs dont on pense qu'ils sont produits le long des premier et second bords avant 124 et 128. A la base 116, les tourbillons ont grandi

tant dans l'étendue radiale que dans l'étendue circonféren-

tielle et sont, par conséquent, efficaces pour disperser latéralement le carburant dans la direction radiale ainsi que dans la direction circonférentielle, carburant qui est

entraîné à partir des orifices de décharge 130 et 132.

Comme cela est illustré plus clairement en figure 2, les ailes delta 112 varient de préférence en dimensions de manière à fournir une dispersion latérale variable du

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carburant. L'aile 112a la plus proche de la base 52 est la plus grande, l'aile 112b à la position radialement la plus à l'intérieur étant la plus petite, l'aile 112c se trouvant

entre les deux précédentes étant de dimensions intermé-

diaires. Cet agencement permet la dispersion latérale la plus grande au rayon le plus grand de la chambre là o la circonférence entre barres de pulvérisation adjacentes 44 est la plus élevée. Comme les barres de pulvérisation 44 sont plus proches aux positions radialement intérieures, une moins grande dispersion latérale est nécessaire et par

conséquent les ailes 112b peuvent être plus petites.

Comme représenté en figures 3 à 6, on remarquera que les ailes delta 112 sont sensiblement identiques, mais

varient simplement en matière d'échelle. Les ailes respec-

tives communiquent par fluide avec les orifices respectifs

* de décharge 68 des tubes de carburant 56b, 56c, 56d.

En figure 9, on a représenté un autre mode de réa-

lisation de la présente invention qui comprend une aile demi-delta 136, qui est pratiquement creuse et inclinée de manière appropriée pour produire des tourbillons. Dans ce

mode de réalisation, les orifices de décharge 68 communi-

quent directement avec l'intérieur de l'aile 136 et le car-

burant peut être déchargé par l'intermédiaire d'un seul ori-

fice de décharge allongé 138 qui s'étend sensiblement sur

toute la largeur de la base de l'aile.

Dans les deux modes de réalisation des types

d'aile delta illustrés en figure 4-6 et en figure 9, respec-

tivement, les ailes peuvent être également construites de manière à être des ailes delta complètes dans lesquelles la base B est pratiquement égale à la hauteur H. En figure 10, on a représenté encore un autre mode de réalisation de la présente invention qui comprend des

premier et second éléments en flèche, s'étendant latérale-

ment, ou ailes 140 et 142, respectivement, comprenant chacun

une extrémité proche 144 fixée aux tubes de carburant 56.

- 17 -

Les ailes 140 et 142 sont espacées l'une de l'autre et

divergent l'une de l'autre dans la direction de l'aval.

L'orifice de décharge 68 connecté au passage de carburant 62 est disposé au dessus des extrémités proches 144, en étant espacé de celles-ci, des ailes 140 et 142. Dans ce mode de réalisation de la présente invention, le carburant est déchargé par l'orifice 68 en passant au-dessus des ailes 140 et 142 et est entraîné par les gaz 50 pouvant s'écouler sur leur dessus, dont une partie se dirigera latéralement en

suivant les bords avant 146 et 148, respectivement.

Dans encore un autre mode de réalisation de la présente invention représenté en figure 11, des premier et second tubes cylindriques, creux, ou barres 150 et 152 en forme de T, sont fixés à l'une de leurs extrémités à des orifices respectifs de décharge 68 d'un passage de carburant 62. Les barres 150 et 152 divergent l'une de l'autre dans la

direction aval de manière à disperser latéralement le carbu-

rant par l'intermédiaire des premier et second orifices de décharge 154 et 156, respectivement. Cependant, les tubes 150 et 152 canalisent simplement le carburant jusqu'à leurs extrémités à des fins de dispersion et ne présentent pas la

dispersion supplémentaire du carburant qui est due aux tour-

billons produits par les ailes delta qu'on a décrites ci-

dessus. On a effectué des tests de modèles réduits dans

une soufflerie à basse température d'une barre de pulvérisa-

tion plane, cyclindrique, 158 comme représenté en figure 12A, barre utilisée pour constituer l'élément commun; deux modèles du demi-delta avec barre en T 112 ayant des angles

d'inclinaison de 10 et 20 et relié à la barre de pulvérisa-

tion plane 158, comme représenté en figure 12B; les barres et 152 étant connectées à la barre 158, comme cela est représenté en figure 12C; et un demi-delta 160 et un delta complet 162, chacun relié à la barre de pulvérisation 158 à une inclinaison de 20 et o les orifices 68 de décharge du

- 18 -

carburant étaient simplement placés au-dessous du sommet des

modèles, comme cela est représenté en figures 12D et 12E.

On peut obtenir un facteur pour permettre l'évaluation des performances de la barre de pulvérisation, qu'on désigne par avantage, en divisant la surface du dia- gramme d'étalement du carburant à un emplacement aval commun par la perte totale de pression due aux structures testées de la figure 12. On peut obtenir un avantage normalisé en

soustrayant la valeur de cet avantage pour la barre de pul-

vérisation plane 158 de la figure 12A de la valeur de l'avantage de chacun des modes de réalisation testés et en faisant une division par l'avantage de la barre 158. Les résultats des essais ont montré que le modèle à demi-delta et à barre T de la figure 12B était le meilleur et donnait une augmentation de l'avantage d'environ 93 % par rapport à la barre de pulvérisation 158. Le demi-delta 160 -de la figure 12D était ensuite le meilleur avec une valeur - d'environ 25 %, et le delta complet de la figure 12E et les barres 150/152 de la figure 12C donnaient des. résultats à

peu près identiques avec un avantage de 12 %.

Naturellement, on peut s'attendre à des perfor-

mances similaires si on remplace la barre de pulvérisation plane 158 de la figure 12 par les tubes de carburant 56 et l'élément de protection 72 plus aérodynamiques de la

figure 3.

Alors qu'on a décrit ce qu'on considère comme des modes de réalisation préférés de la présente invention,

d'autres modifications apparaîtront au technicien.

Par exemple, bien que lé moyen de refroidissement 70 puisse fonctionner pendant la marche du moteur 10 avec chambre de post-combustion et sans chambre, il peut être configuré de manière appropriée pour fonctionner seulement pendant la marche sans chambre de post-combustion,, le cas échéant. Bien que les barres de pulvérisation 44 soient de

préférence montées au côté amont du mélangeur 48 pour per-

-19- mettre aux gaz chauds 50 de se mélanger au carburant et de le vaporiser avant le mélange avec l'air 32 de la soufflante

en provenance de ce mélangeur, on peut également les dispo-

ser entre le mélangeur 48 et les brûleurs 44 et les monter dans la garniture 36.

- 20 -

Claims (27)

REVENDICATIONS

1. Barre (44) de pulvérisation de carburant pour

moteur à turbine à gaz, caractérisée en ce qu'elle com-

prend: une base (52) comprenant un collecteur (64) pour recevoir du carburant; une multitude de tubes de carburant (56)

s'étendant à partir de la base, chaque tube ayant une extré-

mité distale (60), une extrémité proche (58) fixée à la base, un passage de carburant (62) communiquant par fluide avec le collecteur, et un orifice de décharge (68) disposé dans l'extrémité distale du tube,

un moyen (70) pour refroidir les tubes de carbu-

rant espacés les uns des autres afin de permettre un mouve-

ment thermique indépendant entre ce moyen et-les tubes.

2. Barre de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisée en ce que le moyen de refroidissement (70) comprend un élément de protection allongé (72) espacé des tubes de carburant et ayant une extrémité distale (76) et une extrémité proche (74) fixée à une extrémité proche d'un tube amont, l'élément de protection -étant façonné de manière à empêcher qu'il y ait un impact direct contre les tubes des

gaz du moteur à turbine pouvant passer à leur niveau.

3. Barre de pulvérisation selon la revendication

2, caractérisée en ce que l'élément de protection (72) com-

prend un passage de fluide (82) s'étendant entre son extré-

mité proche et son extrémité distale pour canaliser un

fluide de refroidissement, l'élément de protection compor-

tant en outre une multitude d'orifices de décharge (86) espacés longitudinalement les uns des autres, disposés de manière à communiquer par fluide avec le passage afin de canaliser le fluide de refroidissement au-dessus des tubes

de carburant.

4. -Barre de pulvérisation selon la revendication

- 21 -

3, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen pour fournir un refroidissement par film d'au moins l'un des tubes de carburant utilisant le fluide de refroidissement

déchargé par les orifices.

5. Barre de pulvérisation selon la revendication 3, caractérisée en ce que les orifices de décharge (86) sont en regard du bord avant (88) du tube amont de carburant afin

d'assurer son refroidissement par impact.

6. Barre de pulvérisation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen pour fournir un refroidissement par film d'au moins l'un des

tubes de carburant (56) en utilisant le fluide de refroidis-

sement utilisé pour le refroidissement par impact du tube

amont de refroidissement.

7. Barre de pulvérisation selon la revendication 6, caractérisée en ce que le moyen de refroidissement par

film comprend un canal (94) défini entre l'élément de pro-

tection et le tube amont de carburant, se terminant par une fente de décharge (96) dimensionnée et configurée de manière à canaliser le fluide de refroidissement sous forme d'un film le long des première et seconde surfaces latérales (98., ) des tubes de carburant convergeant vers leur bord arrière. 8. Barre de pulvérisation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu.'elle comprend en outre un moyen (104) pour fixer l'élément de protection (72) aux tubes de carburant (56) afin de permettre un mouvement longitudinal

thermique non limité entre eux.

9. Barre de pulvérisation selon la revendication

8, caractérisée en ce que le moyen de fixation (104) com-

prend la surface avant (92) des tubes de carburant ayant la forme d'une première queue d'aronde, en arc et l'élément de protection présentant une surface intérieure (90) ayant la

forme d'une seconde queue d'aronde complémentaire à la pre-

mière, les surfaces avant et intérieur étant espacées l'une

- 22 -

de l'autre de manière à définir un canal (94) pour canaliser le fluide de refroidissement provenant des orifices de décharge. 10. Barre de, pulvérisation selon la revendication 9, caractérisée en ce que les première et seconde queues

d'aronde ont la forme d'un arc.

11. Barre de pulvérisation selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen (110) pour disperser latéralement le carburant provenant de

l'orifice de décharge d'au moins l'un des tubes de carbu-

rant. 12. Barre de pulvérisation selon la revendication 11, caractérisée en ce que le dit tube de carburant comprend

des première et seconde surfaces latérales (98, 100), diri-

gées dans des directions opposées, convergant jusqu'à un bord arrière (102) o elles se coupent et présentant des

premier et second orifices de décharge, respectivement, com-

muniquant par fluide avec le passage de carburant du tube, et le moyen de 'dispersion comporte un élément s'étendant

latéralement à partir de chacun des orifices de décharge.

13. Barre de pulvérisation selon la revendication 12, caractérisée en ce que l'élément s'étendant latéralement (110) comprend une aile delta (112) ayant un sommet (114) fixé aux surfaces latérales contigues aux orifices de décharge et comportant un côté (118) s'étendant à partir de la première surface latérale et un second côté (120) s'étendant à partir de la seconde surface latérale, l'aile delta ayant aussi une base en porte à faux (116), l'aile delta étant disposée suivant un certain angle d'inclinaison par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la barre de pulvérisation, l'angle étant choisi de manière à assurer un certain décrochage aérodynamique des gaz du moteur à turbine.à gaz pouvant passer au-dessus afin

de créer des tourbillons pour améliorer la dispersion laté-

rale du carburant pouvant être déchargé par les orifices de

- 23 -

décharge. 14. Barre de pulvérisation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen (110) pour disperser latéralement le carburant provenant d'un orifice de décharge d'au moins l'un des tubes de carbu- rant. 15. Barre de pulvérisation selon la revendication 14, caractérisée en ce que le dit tube comprend des première et seconde surfaces latérales, dirigées dans des directions

opposées, convergeant vers un bord arrière o elles se cou-

pent, et comportant des premier et second orifices de décharge, respectivement, communiquant par fluide avec le passage de carburant du dit tube, et le moyen de dispersion

comprend un élément s'étendant latéralement à partir de cha-

cun des orifices de décharge.

16. Barre de pulvérisation selon la revendication , caractérisée en ce que l'élément s'étendant latéralement comprend une aile delta ayant un sommet fixé aux surfaces latérales contiguës aux orifices de décharge comportant un côté s'étendant à partir de la première surface latérale et un second côté s'étendant à partir de la seconde surface latérale, l'aile delta ayant aussi une base en porte à-faux, l'aile delta étant disposée suivant un certain angle d'inclinaison par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal de la barre de pulvérisation, ce plan étant choisi de manière à assurer au moins un certain décrochage aérodynamique des gaz du moteur à turbine à gaz pouvant

s'écouler au dessus, afin de créer des tourbillons pour ren-

forcer la dispersion latérale du carburant pouvant être

déchargé par les orifices de décharge.

17. Barre de pulvérisation selon la revendication 16, caractérisée en ce que la base (116) de l'aile delta a une longueur qui est pratiquement égale à la hauteur

jusqu'au sommet (114).

18. Barre de pulvérisation selon la revendication

- 24 -

16, caractérisée en ce que la base de l'aile delta a une longueur qui est égale à environ la moitié de la hauteur

jusqu'au sommet.

19. Barre de pulvérisation selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'orifice de décharge est disposé

sur l'aile delta.

20. Barre de pulvérisation selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'aile delta (136) est creuse et

l'orifice de décharge est disposé à l'intérieur du sommet.

21. Barre de pulvérisation selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'aile delta est pratiquement massive et comprend un premier canal (122) s'étendant le long d'un bord du premier côté (118) entre la base et le sommet en communication par fluide avec le premier orifice de décharge (130), et un second passage (1-26) s'étendant le long du bord (128) du second côté 120 entre la base et le sommet en communication par fluide avec le second orifice de

décharge (132).

22. Barre de pulvérisation selon la revendication

16,' caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une multi-

tude d'ailes delta disposées avec des tubes respectifs de carburant (56) communiquant par fluide avec des orifices

respectifs de décharge.

23. Barre de pulvérisation selon la revendication

22, caractérisée en ce que les ailes delta varient en dimen-

sions de manière à fournir une dispersion latérale variable

du carburant.

24. Barre de pulvérisation selon la revendication 23, caractérisée en ce que l'aile delta la plus proche de la

base est la plus grande.

25. Barre de pulvérisation selon la revendication , caractérisée en ce que l'élément s'étendant latéralement

comprend une aile en flèche (140; 142).

26. Barre de pulvérisation selon la revendication 15, caractérisée en ce que l'élément s'étendant latéralement

--25 -

comprend un tube creux (150; 152) communiquant par fluide

avec un orifice de décharge.

27. Chambre de post-combustion (34) pour moteur à turbine à gaz, caractérisé en ce qu'il comprend: une enveloppe extérieure (28); une garniture annulaire de refroidissement (36) espacée radialement dans la direction de l'intérieur par rapport à l'enveloppe afin de définir entre elles un passage (38) d'air de refroidissement afin de recevoir l'air (32) de

la soufflante provenant du moteur à turbine à gaz.

une multitude de brûleurs (46) disposés dans la direction radiale de l'intérieur de la garniture;

une multitude de barres de pulvérisation de carbu-

rant (44) espacées circonférentiellement les unes des

autres, disposées en amont des brûleurs et s'étendant radia-

lement vers l'intérieur à partir de l'enveloppe, chacune des barres de pulvérisation comprenant: une base (52) fixée à l'enveloppe et comportant un collecteur (64) pour recevoir du carburant; une multitude de tubes de carburant (56) s'étendant à partir de la base et à travers la garniture, chaque tube ayant une extrémité distale (60), une extrémité proche (58) fixée à la base, un passage de carburant (62)

disposé de manière à communiquer par fluide avec le collec-

teur, et un orifice de décharge (68) disposé dans l'extrémité distale; et

un moyen (70) pour refroidir les tubes de carbu-

rant espacé de ceux-ci afin de permettre un mouvement ther-

mique indépendant entre le moyen de refroidissement et les

tubes de carburant.

28. Chambre de post-combustion selon la revendica-

tion 27, caractérisé.en ce qu'il comprend en outre:

un moyen (104).pour fixer le moyen de refroidisse-

ment aux tubes de carburant afin de permettre un mouvement longitudinal thermique non limité entre eux et

- 26 -

un moyen (110) pour disperser latéralement le car-

burant à partir de l'orifice de décharge d'au moins l'un des

tubes de carburant.

29. Chambre de post-combustion selon la revendica-

tion 28, caractérisé en ce que le moyen de refroidissement (70) comprend un élément de protection allongé (72) ayant une extrémité proche (74) fixée à une extrémité proche d'un

tube amont de carburant, et une extrémité distale (76) espa-

cée d'une extrémité distale du tube amont de carburant, l'élément de protection étant façonné de manière à empêcher que les tubes de carburant soient soumis à un impact direct de la part des gaz du moteur à turbine à gaz qui peuvent s'écouler à -leur niveau, l'élément de protection comportant un orifice d'entrée dans l'extrémité proche en regard de l'amont dans le passage de l'air de refroidissement et un passage de fluide (82) s'étendant à partir de l'orifice d'entrée jusqu'à son extrémité distale pour canaliser le

fluide de refroidissement, l'élément de protection compor-

tant en outre une multitude d'orifices de décharge (86) espacés longitudinalement les uns des autres, et disposés de manière à communiquer par fluide avec le passage de fluide afin de canaliser le fluide de refroidissement sur le tube amont de carburant; le moyen de fixation (104) permet également de limiter le mouvement latéral entre l'élément de protection et les tubes de carburant au delà d'une valeur prédéterminée et comprend une surface avant des tubes de carburant ayant

une première forme en queue d'aronde, l'élément de protec-

tion comportant une surface intérieure ayant une seconde forme en queue d'aronde complémentaire à la première, la surface avant et la surface intérieure étant espacées l'une

de l'autre de manière à définir un canal pour la canalisa-

tion d'un fluide de refroidissement provenant des orifices de décharge; et les, tubes de carburant comprennent des première et

26.28791

- 27 -

seconde surfaces latérales dirigées dans des directions

opposées, convergeant vers un bord arrière o elles se cou-

pent, et comportent des premier et second orifices de décharge, respectivement, qui communiquent par fluide avec le passage de carburant de l'un des tubes, et le moyen de dispersion comprend un élément s'étendant latéralement à

partir des orifices de décharge.

30. Chambre de post-combustion selon la revendica-

tion 29, caractérisé en ce que l'élément s'étendant latéra-

lement comprend une aile delta (118) ayant un sommet fixé aux surfaces latérales adjacentes aux orifices et comportant un côté s'étendant à partir de la première surface latérale et un second côté s'étendant à partir de la seconde surface latérale, l'aile delta ayant également une base en porte à faux, cette aile étant disposée suivant un certain angle d'inclinaison par rapport à l'axe de la chambre, l'angle

étant choisi de manière à assurer au moins un certain décro-

chage aérodynamique des gaz du moteur à turbine à gaz pou-

vant s'écouler au-dessus, afin de créer des tourbillons dans

le but d'améliorer la dispersion latérale du carburant pou-

vant être déchargé par les orifices.

31. Chambre de combustion selon la revendication , caractérisé en ce qu'elle comprend une multitude d'ailes delta disposées avec des tubes respectifs en communication par fluide avec des orifices respectifs de décharge, les

orifices de décharge et les ailes delta étant espacés radia-

lement les uns des autres, et les ailes delta varient en dimensions, les dimensions les plus grandes concernant l'aile la plus proche de la base, de manière à fournir une

dispersion latérale variable du carburant.