FR2704628A1 - Chambre de combustion comportant un système d'injection de comburant à géométrie variable. - Google Patents
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Abstract
La présente invention est relative à une chambre de combustion annulaire comportant une paroi externe (1) et une paroi interne (2) réunies par un fond de chambre (4) et définissant une enceinte dans laquelle s'effectue la combustion d'un carburant, ledit fond de chambre (4) présentant au moins une ouverture dans laquelle est prévu un injecteur de carburant (5) associé à une vrille (6) d'admission de comburant, ladite vrille (6) étant équipée d'un diaphragme de réglage (8) des passages de comburant couplé à un dispositif de commande de réglage (10, 9) caractérisée en ce que le fond de chambre (4) présente des orifices complémentaires (11, 12) d'admission de carburant au voisinage de l'une au moins desdites parois (1, 2), lesdits orifices (11, 12) étant obturables par des moyens d'obturation (13) couplés au diaphragme (8) de manière à obtenir les deux configurations suivantes sous l'action du dispositif de commande de réglage (10) du diaphragme (8): une première configuration dans laquelle lesdits orifices (11, 12) sont dégagés et les sections de passage du diaphragme (8) ont leur valeur minimale, et une deuxième configuration dans laquelle lesdits orifices (11, 12) sont obturés et les sections de passage du diaphragme (8) ont leur valeur maximale.
Description
Chambre de combustion comportant un système d'iniection de comburant à
géométrie variable La présente invention concerne une chambre de combustion annulaire comportant une paroi externe et une paroi interne réunies par un fond de chambre et définissant une enceinte dans laquelle s'effectue la combustion d'un carburant, ledit fond de chambre présentant au moins une ouverture dans laquelle est prévu un injecteur de carburant associé à une vrille d'admission de comburant, ladite vrille étant équipée d'un diaphragme de réglage des passages de comburant couplé à un dispositif de
commande de réglage.
Ces systèmes d'injection de comburant à géométrie variable sont notamment utilisés dans les turboréacteurs qui sont soumis à des régimes de fonctionnement très différents. Ainsi, au régime de ralenti, le temps de séjour des gaz de combustion dans la zone d'admission du comburant admis autour des injecteurs de carburant et à travers les orifices d'admission de comburant primaire doit être long afin, d'une part, de favoriser la stabilité de la combustion, d'autre part, de réduire les émissions polluantes de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures imbrûlés. Au régime plein gaz, le temps de séjour des gaz de combustion dans ladite zone doit, au contraire, être faible, afin de réduire les émissions polluantes
d'oxydes d'azote.
Les chambres à géométrie variable habituelles voient leur perte de charge augmenter avec la fermeture des vrilles, ce qui entraîne une surcharge du compresseur pour alimenter la chambre, et par conséquent,
une diminution du rendement du moteur.
Le but de la présente invention est de proposer un aménagement du fond de chambre qui permette de maintenir la perte de charge du système d'injection de comburant sensiblement constante et par le fait même
d'améliorer le rendement du moteur.
L'invention atteint son but par le fait que le fond de chambre présente des orifices complémentaires d'admission de comburant au voisinage de l'une au moins desdites parois, lesdits orifices étant obturables par des moyens d'obturation couplés au diaphragme de manière à obtenir les deux configurations suivantes sous l'action du dispositif de commande de réglage du diaphragme: une première configuration dans laquelle lesdits orifices sont dégagés et les sections de passage du diaphragme ont leur valeur minimale, et une deuxième configuration dans laquelle lesdits orifices sont obturés et les sections de passage du diaphragme ont leur valeur maximale. Les avantageuses dispositions suivantes sont, en outre, de préférence adoptées: - les moyens d'obturation des orifices complémentaires situés au voisinage de l'une desdites parois comportent une plaque montée coulissante sur la face du fond de chambre opposée à celle délimitant I'enceinte de combustion, selon une direction radiale; les moyens de couplement de la plaque et du diaphragme comportent une rarnpe inclinée par rapport à la direction radiale, située dans un plan parallèle au plan général du fond de chambre et dont est munie l'une des deux pièces constituées par ladite plaque et ledit diaphragme, et un ergot maintenu en appui sur ladite rampe et dont est munie l'autre desdites pièces; - la rampe est constituée par une rainure ménagée dans la pièce comportant ladite rampe; - il est prévu des orifices complémentaires au voisinage de la paroi
externe et des orifices complémentaires au voisinage de la paroi intemrne.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront à la
lecture de la description suivante faite à titre d'exemple et en référence aux
dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue axiale du fond de chambre d'une chambre de combustion dans une première configuration de fonctionnement de cette chambre de combustion; la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, de la même chambre de combustion mais dans une deuxième configuration de fonctionnement; les figures 3 et 4 schématisent les admissions de comburant de combustion dans les configurations de fonctionnement des figures 1 et 2, et
la figure 5 est une variante de réalisation de l'invention.
La chambre de combustion représentée sur les dessins équipe une turbine à gaz, et de type annulaire, comprend une paroi externe 1 et une paroi interne 2, toutes d'eux sensiblement de révolution. Une paroi transversale 4 relie les parois externe 1 et interne 2, constitue le fond 4 de la chambre de combustion, et définit avec lesdites parois externe et interne,
l'enceinte à l'intérieur de laquelle s'effectue la combustion du carburant.
Plusieurs injecteurs de carburant 5, entourés chacun par une vrille 6 d'injection de comburant ou d'air, logent dans des ouvertures 7 ménagées dans le fond 4 de chambre. Chaque vrille 6 comporte un diaphragme de réglage 8 qui permet de régler la valeur des sections de passage du carburant. Ce diaphragme 8 est couplé à un dispositif de commande, comportant notamment une tige d'actionnement 10, par l'intermédiaire d'un levier 9 de commande du pivotement d'une virole d'obturation 9a sélective des trous de passage de carburant. Chaque tige d'actionnement 10 est
couplée de préférence à deux vrilles adjacentes 6a, 6b.
Le fond de chambre 4 comporte de plus au droit de chaque injecteur de carburant 5, une première série d'orifices 11 au voisinage de la paroi externe I et une deuxième série d'orifices 12 au voisinage de la paroi interne 2. A l'extérieur de l'enceinte de combustion, des plaques 13 d'obturation sont montées coulissantes dans une direction radiale. Chaque plaque 13 est maintenue et guidée sur la face externe du fond de chambre 4 par des plots de guidage 14 fixés au fond 4, et disposés dans des
lumières sensiblement radiales 15 ménagées dans ladite plaque 13.
Chaque plaque 13 comporte une languette 16 qui s'étend vers l'injecteur 5. Cette languette 16 est partiellement disposée sous une oreille 17 dont est munie la virole d'obturation 9a, et elle comporte un ergot 18 qui est introduit dans une rainure 19 ménagée dans l'oreille 17. La rainure 19 est oblique par rapport à la direction radiale et située dans un plan
sensiblement parallèle au plan général du fond de chambre 4.
Comme on le comprend aisément, le déplacement de la tige d'actionnement 10 dans l'un des sens de la double flèche F, provoque la rotation, en sens opposé, des viroles d'obturation 9a des deux vrilles adjacentes 6a et 6b, et en même temps, le déplacement radial des plaques
13 couplées aux viroles d'obturation 9a.
Les figures 1 et 3 montrent une première configuration de la chambre de combustion, qui correspond au régime de ralenti, dans laquelle les vrilles 6 sont en position pratiquement de fermeture, seul un débit d'air minimum les traversant. Ce débit d'air est suffisant pour brûler le faible débit de
carburant fourni par l'injecteur 5 dans de bonnes conditions.
Dans cette première configuration, les plaques obturatrices 13 découvrent les orifices 11 et 12. L'air, en amont du fond de chambre 4, est bloqué par la fermeture des vrilles 6 et s'échappe dans la chambre de combustion par les orifices 11 et 12, en refroidissant au passage les parois de la chambre de combustion et sans participer directement à la
combustion du carburant.
Les figures 2 et 4 montrent une deuxième configuration de la
chambre de combustion, qui correspond au régime plein gaz.
Dans cette deuxième configuration, les vrilles 6 sont ouvertes au maximum et permettent au fort débit de carburant de brûler dans des conditions optimales. Dans cette deuxième configuration, les plaques
obturatrices 13 ferment les orifices 11 et 12.
La figure 5 montre une variante de réalisation. L'air 21 traversant les orifices 1 1 et 12 est guidé le long des parois extemrne 1 et interne 2 par des doubles parois la et 2a, jusqu'aux orifices d'entrée 20 d'air primaire, o il est introduit dans la chambre de combustion. Cet air 21, guidé dans la double paroi, refroidit celle-ci par convection et est empêché de participer à une éventuelle combustion dans la zone de combustion, ce qui aurait pour conséquence de réduire l'effet de l'injection à géométrie variable par un
appauvrissement de la richesse dans cette zone.
Les avantages de l'invention se situent à différents niveaux.
On obtient une meilleure combustion, au ralenti et au plein gaz, par une adaptation permanente du débit d'air participant directement à la combustion. Cela signifie une diminution des imbrûlés et des oxydes de carbone au ralenti, et des oxydes d'azote au plein gaz. Le niveau de
pollution est faible.
Le fait de diminuer le débit d'air dans les vrilles 6 diminue la vitesse d'entrée de l'air participant à la combustion dans la chambre et favorise la stabilité de la flamme et par conséquent, favorise le rallumage de la
chambre en cas d'extinction.
Enfin, le rendement du moteur est amélioré car cette chambre est à
perte de charge sensiblement constante.
Claims (5)
1. Chambre de combustion annulaire comportant une paroi externe (1) et une paroi interne (2) réunies par un fond de chambre (4) et définissant une enceinte dans laquelle s'effectue la combustion d'un carburant, ledit fond de chambre (4) présentant au moins une ouverture (7) dans laquelle est prévu un injecteur de carburant (5) associé à une vrille (6) d'admission de comburant, ladite vrille (6) étant équipée d'un diaphragme de réglage (8) des passages de comburant couplé à un dispositif de commande de réglage (10, 9) caractérisée en ce que le fond de chambre (4) présente des orifices complémentaires (11, 12) d'admission de comburant au voisinage de l'une au moins desdites parois (1, 2), lesdits orifices (11, 12) étant obturables par des moyens d'obturation (13) couplés au diaphragme (8) de manière à obtenir les deux configurations suivantes sous l'action du dispositif de commande de réglage (10) du diaphragme (8): une première configuration dans laquelle lesdits orifices (11, 12) sont dégagés et les sections de passage du diaphragme (8) ont leur valeur minimale, et une deuxième configuration dans laquelle lesdits orifices (11, 12) sont obturés et les
sections de passage du diaphragme (8) ont leur valeur maximale.
2. Chambre de combustion selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'obturation des orifices complémentaires (11, 12) situés au voisinage de l'une desdites parois (1, 2) comportent une plaque (13) montée coulissante sur la face du fond de chambre (4) opposée à celle
délimitant l'enceinte de combustion, selon une direction radiale.
3. Chambre de combustion selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de couplement de la plaque (13) et du diaphragme (8) comportent une rampe inclinée (19) par rapport à ladite direction radiale, située dans un plan parallèle au plan général du fond de chambre (4) et dont est munie l'une (13) des deux pièces constituées par ladite plaque (13) et ledit diaphragme (8) et un ergot (18) maintenu en appui sur ladite rampe
(19) et dont est munie l'autre (8) desdites pièces.
4. Chambre de combustion selon la revendication 3, caractérisée en ce que la rampe (19) est constituée par une rainure ménagée dans la pièce
(8) comportant ladite rampe (19).
5. Chambre de combustion selon l'une des revendications 1 à 4,
caractérisée en ce qu'il est prévu des orifices complémentaires (11) au voisinage de la paroi externe (1) et des orifices complémentaires (12) au
voisinage de la paroi interne (2).
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