FR2689965A1 - Combustion chamber having at least two fuel injection assemblies. - Google Patents
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Abstract
L'invention est relative à une chambre de combustion comportant une chambre de prémélange. Selon l'invention, les parois de cette chambre de prémélange comportent des alvéoles (26), dont la face limitant la zone de prémélange est constituée en un premier matériau résistant à une température maximale de fonctionnement, et qui sont emplies d'un deuxième matériau, dont la température de fusion est comprise entre des températures normale et maximale de fonctionnement, et dont la chaleur latente de fusion est supérieure à 400 kiloJoule/kilogramme masse. Une application est la réalisation d'une chambre de combustion comportant des injecteurs pour les régimes du ralenti et de plein gaz.The invention relates to a combustion chamber comprising a premixing chamber. According to the invention, the walls of this premix chamber comprise cells (26), the face of which limiting the premix zone is made of a first material resistant to a maximum operating temperature, and which are filled with a second material , whose melting temperature is between normal and maximum operating temperatures, and whose latent heat of fusion is greater than 400 kiloJoule / kilogram mass. One application is the production of a combustion chamber comprising injectors for idling and full throttle speeds.
Description
Il est connu d'équiper les chambres de combustion, destinées notamment auxIt is known to equip the combustion chambers, intended in particular for
turbo-machines, de deux groupes distincts d'injecteurs de carburant Les injecteurs de carburant du premier groupe sont adaptés au fonctionnement au régime du ralenti, alors qu'au contraire les injecteurs de carburant du deuxième groupe sont adaptés au fonctionnement au régime de plein gaz Souvent, ces injecteurs de carburant du deuxième groupe sont situés au fond turbo-machines, two distinct groups of fuel injectors The fuel injectors of the first group are adapted to operate at idle speed, while on the contrary the fuel injectors of the second group are adapted to operating at full throttle Often, these second group fuel injectors are located at the bottom
d'une chambre de prémélange.a premix chamber.
Il a été constaté que, de manière transitoire, une combustion non souhaitée pouvait apparaître dans cette chambre de prémélange, les parois de celle-ci étant par suite exposées à des températures très élevées soumettant la structure à des contraintes thermiques excessives, susceptibles d'endommager définitivement cette structure. L'invention entend, dans le cadre précité, proposer une disposition nouvelle permettant à la structure de supporter, pendant des périodes transitoires brèves, un flux radiatif It has been found that, transiently, an undesired combustion could appear in this premix chamber, the walls thereof being consequently exposed to very high temperatures subjecting the structure to excessive thermal stresses, likely to damage definitely this structure. The invention intends, in the aforementioned framework, to propose a new arrangement allowing the structure to withstand, for short transient periods, a radiative flux
thermique très élevé, de l'ordre de un mégawatt/m 2. thermal very high, of the order of a megawatt / m 2.
L'invention est donc relative à une chambre de combustion, notamment pour turbo-machine, comprenant au moins un premier ensemble incluant un premier dispositif d'injection de carburant et une première zone de combustion, et, adapté au fonctionnement de la chambre de combustion à un premier régime, tel que le régime de ralenti, et comprenant également au moins un deuxième ensemble incluant un deuxième dispositif d'injection de carburant et une zone de prémélange délimitée par des parois axiales, ce deuxième ensemble étant muni de préférence en aval de la zone de prémélange d'un dispositif de stabilisation de flamme et étant adapté au fonctionnement de la chambre de combustion à un deuxième régime, tel que le régime à plein gaz, ladite zone de prémélange étant conçue pour un fonctionnement à une température déterminée, mais étant cependant susceptible d'être exposée pendant de brèves périodes à une température maximale supérieure à ladite température déterminée. Selon l'invention, lesdites parois axiales comportent, ménagées dans leur épaisseur, des alvéoles, dont au moins la face limitant la zone de prémélange est constituée en un premier matériau résistant à ladite température maximale, et qui (les alvéoles) sont emplies d'un deuxième matériau, dont la température de fusion est comprise entre lesdites températures déterminée et maximale, et dont la chaleur latente de fusion est supérieure à 400 The invention therefore relates to a combustion chamber, in particular for a turbo-machine, comprising at least a first assembly including a first fuel injection device and a first combustion zone, and adapted to the operation of the combustion chamber. at a first speed, such as the idling speed, and also comprising at least a second set including a second fuel injection device and a premix zone delimited by axial walls, this second set being preferably provided downstream of the premixing zone of a flame stabilization device and being adapted to the operation of the combustion chamber at a second speed, such as the full-throttle regime, said premixing zone being designed for operation at a predetermined temperature, but being liable, however, to be exposed for brief periods to a maximum temperature greater than the said temperature determined nature. According to the invention, said axial walls comprise, in their thickness, cells, at least the face limiting the premixing zone is made of a first material resistant to said maximum temperature, and (the cells) are filled with a second material, whose melting temperature is between said determined and maximum temperatures, and whose latent heat of fusion is greater than 400
kilo Joule/kilogramme masse.kilo Joule / kilogram mass.
Les avantageuses dispositions suivantes sont, en outre, de préférence adoptées: les parois axiales sont constituées par l'assemblage de deux feuilles, comportant chacune une face d'assemblage, la face d'assemblage d'au moins l'une des deux feuilles comportant des dépressions délimitées par des lisières de contact, qui sont en appui étanche sur la face d'assemblage de l'autre feuille, lesdites alvéoles étant délimitées par les parties desdites faces d'assemblage qui comprennent les dépressions; les deux feuilles sont maintenues assemblées par brasage desdites lisières de contact; chacune des deuxdites feuilles comporte des dépressions, qui sont regroupées par paire d'une dépression d'une feuille et d'une dépression de l'autre feuille pour former une alvéole; The advantageous following arrangements are, moreover, preferably adopted: the axial walls are constituted by the assembly of two sheets, each having an assembly face, the assembly face of at least one of the two sheets comprising depressions delimited by contact edges, which are in sealing abutment on the assembly face of the other sheet, said cells being delimited by the parts of said assembly faces which comprise the depressions; the two sheets are held together by brazing said contact strips; each of said two sheets has depressions, which are grouped in pairs by a depression of one sheet and a depression of the other sheet to form a cell;
le deuxième matériau est constitué par du chlorure de sodium. the second material is sodium chloride.
L'avantage principal réside dans la résistance exceptionnelle des parois aux contraintes thermiques brèves, mais de très forte The main advantage lies in the exceptional resistance of the walls to short thermal stresses, but very strong
intensité auxquelles elles sont soumises. intensity to which they are subjected.
L'invention sera mieux comprise, et des caractéristiques secondaires et leurs avantages apparaîtront au cours de la The invention will be better understood, and secondary features and advantages will become apparent in the course of
description de réalisations donnée ci-dessous à titre d'exemple. description of achievements given below as an example.
Il est entendu que la description et les dessins ne sont donnés It is understood that the description and the drawings are not given
qu'à titre indicatif et non limitatif. as indicative and not limiting.
Il sera fait référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une coupe axiale d'une chambre de combustion conforme à l'invention; la figure 2 est un agrandissement du détail A de la figure 1 et la figure 3 est une vue, analogue à celle de la figure 2, Reference will be made to the accompanying drawings, in which Figure 1 is an axial section of a combustion chamber according to the invention; FIG. 2 is an enlargement of the detail A of FIG. 1 and FIG. 3 is a view similar to that of FIG.
d'une variante de réalisation également conforme à l'invention. of an alternative embodiment also according to the invention.
La chambre de combustion représentée sur la figure 1 comporte un axe de sensible symétrie 1; une première paroi interne annulaire 2, d'axe 1, à laquelle est raccordée une première paroi particulière, annulaire 3, également d'axe 1, contribuant à délimiter une chambre de prémélange 4; une deuxième paroi interne annulaire 5, d'axe 1, à laquelle est raccordée une deuxième paroi particulière, annulaire 6, d'axe 1, qui complète la délimitation de la chambre de prémélange 4; une paroi externe 7, annulaire, d'axe 1; un fond 8, qui relie la paroi externe 7 à la deuxième paroi interne 5; un dispositif de stabilisation de flamme 9, placé à la sortie de la chambre de prémélange 4, d'un type connu tel que, par exemple, l'un de ceux décrits et représentés dans FR-A-2 221 621; une rampe 10 d'alimentation en carburant, à laquelle sont raccordés un injecteur de carburant 11, adapté au fonctionnement au régime de ralenti, et, un injecteur de carburant 12, adapté au régime de plein gaz; une enveloppe interne 13, annulaire, d'axe 1, et, une enveloppe externe 14, annulaire, d'axe 1, qui délimitent entre elles un espace 15, à l'intérieur duquel sont contenues les diverses parois annulaires déjà énumérées 2, 3, 5, 6, 7, et qui communique en amont avec une source de comburant sous pression, schématisée par la flèche F, et constituée généralement par un compresseur hélicoïdal L'enceinte de combustion 16 est délimitée par la première paroi interne 2, la deuxième paroi interne 5, la paroi externe 7, et le fond 8 De manière connue, des orifices 17 d'admission de comburant primaire et des orifices 18 de comburant de dilution, ménagés dans la deuxième paroi interne 5 et dans la The combustion chamber shown in Figure 1 comprises a symmetry sensitive axis 1; a first annular inner wall 2, of axis 1, to which is connected a first particular annular wall 3, also of axis 1, contributing to define a premix chamber 4; a second annular inner wall 5, of axis 1, to which is connected a second particular annular wall 6, of axis 1, which completes the delimitation of the premixing chamber 4; an outer wall 7, annular axis 1; a bottom 8, which connects the outer wall 7 to the second inner wall 5; a flame stabilization device 9 placed at the outlet of the premixing chamber 4 of a known type such as, for example, one of those described and shown in FR-A-2 221 621; a fuel supply ramp 10, to which are connected a fuel injector 11, adapted to operate at idle speed, and a fuel injector 12, adapted to the full-throttle regime; an annular inner casing 13 of axis 1 and an annular outer casing 14 of axis 1 which delimit between them a space 15 inside which are contained the various annular walls already listed 2, 3 , 5, 6, 7, and which communicates upstream with a source of oxidant under pressure, shown schematically by the arrow F, and generally constituted by a helical compressor The combustion chamber 16 is delimited by the first inner wall 2, the second internal wall 5, the outer wall 7, and the bottom 8 In known manner, the inlet ports 17 of the primary oxidant and the openings 18 of diluting oxidant, formed in the second inner wall 5 and in the
paroi externe 7, relient l'espace 15 à l'enceinte de combustion 16. external wall 7, connect the space 15 to the combustion chamber 16.
Les injecteurs de carburant 11, adaptés au fonctionnement au régime de ralenti, traversent le fond 8 et débouchent à l'intérieur de l'enceinte de combustion 16 Les injecteurs de carburant 12 adaptés au fonctionnement au régime de plein gaz, débouchent dans la chambre de prémélange 4, celle-ci étant en communication directe avec l'espace 15, par l'intermédiaire de son embouchure amont 19, située à l'extrémité de cette chambre de prémélange qui est opposée à celle, aval, o est situé le dispositif de stabilisation The fuel injectors 11, adapted to idle speed operation, pass through the bottom 8 and open into the combustion chamber 16. The fuel injectors 12, which are adapted to operating at full throttle, open into the fuel chamber. premix 4, the latter being in direct communication with the space 15, via its upstream mouth 19, located at the end of this premix chamber which is opposite to that, downstream, where is located the stabilization
de flamme 9.flame 9.
En principe, le fonctionnement normal de la chambre de combustion correspond à la réalisation, lors du fonctionnement en régime de plein gaz, d'un mélange carburant-comburant à l'intérieur de la chambre de prémélange 4, sans combustion dans cette chambre de prémélange 4, à l'injection et à l'inflammation, dans la zone du dispositif de stabilisation de flamme 9, dans l'enceinte de combustion 16 dudit mélange, ainsi qu'à l'injection et à l'inflammation, dans ladite enceinte de combustion 16, du carburant projeté par les injecteurs de carburant 11 Il a cependant été constaté que parfois une combustion non désirée apparaissait à l'intérieur de la chambre de prémélange 4 Pour permettre aux première paroi particulière 3 et deuxième paroi particulière 6 de supporter ce flux radiatif thermique exceptionnellement grand, mais bref, chacune de ces parois a été réalisée comme défini ci-après In principle, the normal operation of the combustion chamber corresponds to the realization, during operation in the full-throttle regime, of a fuel-oxidant mixture inside the premixing chamber 4, without combustion in this premixing chamber. 4, to the injection and ignition, in the area of the flame stabilization device 9, in the combustion chamber 16 of said mixture, and to the injection and ignition, in said enclosure of However, it has been found that sometimes unwanted combustion occurs inside the premix chamber 4 to allow the first particular wall 3 and the second particular wall 6 to support this flow. exceptionally large thermal radiative, but in short, each of these walls was carried out as defined below
en regard des figures 2 et 3.with reference to Figures 2 and 3.
Selon le premier mode de réalisation de la figure 2, chaque paroi 3, 6, est constituée par l'assemblage d'une première feuille , dans l'une des faces de laquelle, des dépressions 21, délimitées par des lisières de contact 22, ont été ménagées, avec une deuxième feuille 23, dans l'une des faces de laquelle des dépressions 24, délimitées par des lisières de contact 25, ont été ménagées Les formes des lisières de contact 22, 25 se correspondent, de manière que lesdites lisières puissent être mises en contact les unes sur les autres, et que les deux feuilles 20, 23 soient définitivement assemblées, par exemple au moyen d'un brasage According to the first embodiment of FIG. 2, each wall 3, 6 is constituted by the assembly of a first sheet, in one of the faces of which, depressions 21, delimited by contact strips 22, have been formed, with a second sheet 23, in one of the faces of which depressions 24, delimited by contact strips 25, have been formed The shapes of the contact selvedges 22, 25 correspond, so that said selvedges can be brought into contact with each other, and that the two sheets 20, 23 are finally assembled, for example by means of soldering
des lisières de contact 22, 25.contact edges 22, 25.
Les feuilles 20 et 23 sont réalisées en un premier matériau résistant bien entendu aux températures maximales auxquelles lesdites feuilles peuvent être exposées Il s'agit généralement d'un super alliage résistant aux températures élevées, tel The sheets 20 and 23 are made of a first material resistant, of course, to the maximum temperatures at which said sheets can be exposed. It is generally a high temperature resistant super alloy, such as
qu'utilisé couramment par les fabricants de turbo-machines. commonly used by turbo-machine manufacturers.
Entre les lisières de contact, des alvéoles 26 sont ménagées et sont emplies d'un deuxième matériau défini ci-après, introduit dans Between the contact edges, cells 26 are formed and are filled with a second material defined below, introduced into
les alvéoles 26 au moment de l'assemblage des feuilles 20 et 23. the cells 26 at the time of assembly of the sheets 20 and 23.
Avant de préciser les caractéristiques dudit deuxième matériau, il convient d'observer que les températures auxquelles sont exposées les parois particulières 3 et 6 sont comprises entre une température déterminée, correspondant au fonctionnement normal de la chambre de combustion, sans combustion à l'intérieur de la chambre de prémélange 4, et, une température maximale, supérieure à ladite température déterminée et correspondant au fonctionnement exceptionnel pendant lequel une combustion est réalisée à l'intérieur de ladite chambre de prémélange 4 A titre indicatif, la température normale, déterminée peut être de l'ordre de 7001 C, la température maximale s'élevant à 9001 C pendant quelques secondes. Dans ces conditions, le deuxième matériau est choisi, de manière: a) à être à l'état solide à ladite température déterminée; b) à être à l'état liquide à ladite température maximale, donc avoir une température de fusion comprise entre les températures déterminée et maximale; c) à avoir une chaleur latente de fusion élevée, supérieure à 400 kilo Joule/kilogramme, ceci précisément pour absorber, lors de sa fusion, l'énorme quantité de chaleur dégagée par la combustion accidentelle réalisée dans la chambre de prémélange 4, par hypothèse, sans élévation de température lors de ladite fusion Parmi les matériaux convenant à cette application, le chlorure de sodium est de préférence choisi Sa chaleur latente de fusion est égale à 500 kilo Joule/kilogramme, de sorte qu'il suffit de prévoir une petite quantité de ce deuxième matériau pour éviter tout dommage aux parois 3 et 6 résultant d'une éventuelle élévation anormale de leurs températures Ainsi, l'épaisseur des alvéoles 26 peut être comprise entre 1 et 1,5 mm Les épaisseurs des feuilles 20 et 23 Before specifying the characteristics of said second material, it should be noted that the temperatures to which the particular walls 3 and 6 are exposed are between a determined temperature, corresponding to the normal operation of the combustion chamber, without combustion within the premixing chamber 4, and a maximum temperature, higher than said determined temperature and corresponding to the exceptional operation during which combustion is carried out inside said premixing chamber 4 As a guide, the normal temperature, determined may be the order of 7001 C, the maximum temperature rising to 9001 C for a few seconds. Under these conditions, the second material is chosen, so as to: a) be in the solid state at said determined temperature; b) to be in the liquid state at said maximum temperature, thus having a melting point between the determined and maximum temperatures; c) to have a latent heat of high melting, greater than 400 kilo Joule / kilogram, this precisely to absorb, during its fusion, the enormous amount of heat released by the accidental combustion carried out in the premix chamber 4, by hypothesis Without any increase in temperature during said melting. Among the materials suitable for this application, the sodium chloride is preferably chosen. Its latent heat of fusion is equal to 500 kilograms per kilogram, so that only a small amount is required. of this second material to prevent any damage to the walls 3 and 6 resulting from a possible abnormal rise in their temperatures. Thus, the thickness of the cells 26 may be between 1 and 1.5 mm. Thicknesses of the sheets 20 and 23
ont des valeurs analogues.have similar values.
Une variante de réalisation est représentée sur la figure 3, dans laquelle l'une des feuilles de la figure 20, a été remplacée An alternative embodiment is shown in FIG. 3, in which one of the sheets of FIG. 20 has been replaced.
par une feuille 120 ne comportant aucune dépression. by a sheet 120 having no depression.
Les lisières de contact de l'autre feuille 23 sont alors en contact avec la face intérieure 122 de la feuille 120 De manière The contact edges of the other sheet 23 are then in contact with the inner face 122 of the sheet 120.
analogue à ce qui a été précisé dans la description de la analogous to what has been specified in the description of the
réalisation de la figure 2, les alvéoles ici délimitées entre la face 120 et les dépressions 24 de la feuille 23, par les lisières , sont emplies du même deuxième matériau que précédemment Les feuilles 120 et 23 sont en outre réalisées dans le même premier matériau, généralement constitué par un super alliage résistant aux embodiment of FIG. 2, the cells delimited between the face 120 and the depressions 24 of the sheet 23, by the selvedges, are filled with the same second material as previously. The sheets 120 and 23 are furthermore made of the same first material. generally constituted by a super alloy resistant to
hautes températures.high temperatures.
L'invention n'est pas limitée aux réalisations décrites, mais en couvre au contraire toutes les variantes qui pourraient leur être The invention is not limited to the embodiments described, but covers all the variants that could be
apportées sans sortir de leur cadre ni de leur esprit. brought without leaving their frame or their spirit.
Notamment, s'il est nécessaire que les faces des parois 3, 6, qui délimitent la chambre de prémélange 4 soient réalisées dans ledit premier matériau résistant aux hautes températures, la face opposée a priori moins exposée aux températures élevées accidentelles, pourrait être réalisée en un matériau moins résistant Dans les exemples décrits, les deux feuilles sont In particular, if it is necessary that the faces of the walls 3, 6, which delimit the premix chamber 4 are made in said first high temperature resistant material, the opposite face a priori less exposed to accidental high temperatures, could be achieved in a less resistant material In the examples described, the two sheets are
réalisées dans le même premier matériau. made in the same first material.
1 Chambre de1 bedroom of
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