FR2735214A1 - Forced air injection method for aircraft gas turbine combustor - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention se rapporte à un procédé pour alimenter en carburant un système d'injection aérodynamique d'une chambre de combustion et à un système d'injection adapté pour la mise en oeuvre du procédé. The invention relates to a method for supplying fuel to an aerodynamic injection system of a combustion chamber and to an injection system suitable for implementing the method.
La grande plage de fonctionnement et les spécifications de plus en plus sévères concernant les diverses performances de la chambre de combustion des turbomachines aéronautiques conduisent à des compromis de plus en plus délicats à réaliser. The wide operating range and the increasingly strict specifications concerning the various performances of the combustion chamber of aeronautical turbomachines lead to compromises which are more and more difficult to achieve.
Un exemple typique de performances antagonistes est celui de la stabilité de la combustion au ralenti ou allumage, opposé à la faible propension à fumer et à polluer à haut régime. Ainsi le système d'injection doit assurer une combustion correcte à des régimes et dans des conditions très diverses: autorotation, ralenti, plein gaz. A typical example of antagonistic performances is that of the stability of combustion at idle or ignition, as opposed to the low propensity to smoke and to pollute at high speed. Thus the injection system must ensure correct combustion at very different speeds and conditions: autorotation, idling, full throttle.
Malgré une optimisation toujours possible, la plupart des systèmes d'injection ont des faiblesses intrinsèques auxquelles il est difficile de pallier. Despite an optimization that is always possible, most injection systems have intrinsic weaknesses which are difficult to remedy.
Ces faiblesses existent également dans les systèmes d'injection dits aérodynamiques. These weaknesses also exist in so-called aerodynamic injection systems.
Ce système d'injection est basé sur le principe du cisaillement d'un film de carburant par l'air d'alimentation de la chambre, l'alimentation en carburant se faisant sous faible pression. This injection system is based on the principle of the shearing of a fuel film by the air supplying the chamber, the fuel supply being carried out under low pressure.
Ce mode d'injection présente une nette amélioration par rapport aux modes d'injection antérieurs comme l'injection mécanique ou l'injection par cannes de prévaporisation. This injection mode presents a clear improvement compared to the previous injection modes such as mechanical injection or injection by pre-vaporization sticks.
Dans l'injection mécanique, on pulvérise le carburant sous une pression élevée en le faisant tourbillonner en sortant de l'injecteur. Ce mode de pulvérisation présente l'inconvénient d'être très sensible à la pression d'injection du carburant. In mechanical injection, the fuel is sprayed under high pressure by making it swirl out of the injector. This spraying method has the disadvantage of being very sensitive to the fuel injection pressure.
L'injection par cannes de prévaporisation consiste à réaliser une vaporisation partielle du carburant avant qu'il ne pénètre dans le foyer. Injection by pre-vaporization rods consists in carrying out a partial vaporization of the fuel before it enters the hearth.
Ce mode d'injection présente l'avantage d'accepter des pressions d'injection faibles. L'inconvénient est la difficulté d'assurer la tenue thermique à pression élevée.This injection mode has the advantage of accepting low injection pressures. The disadvantage is the difficulty of ensuring thermal resistance at high pressure.
L'injection aérodynamique présente l'avantage d'une bonne tenue thermique et accepte une injection sous faible pression de carburant. Aerodynamic injection has the advantage of good thermal resistance and accepts injection under low fuel pressure.
Cependant, du fait que les chambres de combustion futures seront soumises à des cycles de plus en plus sévères, la faible pression de carburant dans les injecteurs qui était jusqu'ici un avantage risque de devenir un inconvénient. Cet inconvénient est le phénomène de vaporisation du carburant dans le circuit de carburant avant sa pénétration dans le foyer. Ce phénomène est connu sous le vocable anglo-saxon de "vapor-lock". However, since the future combustion chambers will be subjected to increasingly severe cycles, the low fuel pressure in the injectors which has hitherto been an advantage risks becoming a disadvantage. This drawback is the phenomenon of vaporization of the fuel in the fuel circuit before its penetration into the fireplace. This phenomenon is known by the English term "vapor-lock".
Le but de la présente invention est de proposer un procédé pour alimenter en carburant un système d'injection aérodynamique qui évite le phénomène de vaporisation et qui permette une alimentation en carburant correcte à tous les régimes. The object of the present invention is to provide a method for supplying fuel to an aerodynamic injection system which avoids the phenomenon of vaporization and which allows correct fuel supply at all speeds.
L'invention concerne donc un procédé pour alimenter en carburant un système d'injection aérodynamique d'une chambre de combustion, ledit système d'injection comportant une tête d'injection alimentée en carburant par un circuit de carburant et délivrant une nappe annulaire de carburant qui est cisaillée à la sortie de la tête d'injection par un flux interne et un flux externe d'air mis en rotation par des aubages de tourbillonnement. The invention therefore relates to a method for supplying fuel to an aerodynamic injection system of a combustion chamber, said injection system comprising an injection head supplied with fuel by a fuel circuit and delivering an annular sheet of fuel. which is sheared at the outlet of the injection head by an internal flow and an external flow of air rotated by swirl blades.
Selon l'invention, le procédé est caractérisé par le fait qu'on alimente le circuit de carburant avec un carburant sous forte pression afin d'éviter le phénomène de vaporisation du carburant dans le circuit de carburant, on provoque une perte de charge au niveau de la pression d'alimentation régnant dans le circuit de carburant immédiatement en amont de la tête d'injection afin de délivrer un carburant à basse pression dans la tête d'injection, et on homogénéise l'écoulement du carburant à basse pression dans la tête d'injection. According to the invention, the method is characterized by the fact that the fuel circuit is supplied with fuel under high pressure in order to avoid the phenomenon of vaporization of the fuel in the fuel circuit, a pressure drop is caused at the level the supply pressure prevailing in the fuel circuit immediately upstream of the injection head in order to deliver a low pressure fuel into the injection head, and the flow of low pressure fuel in the head is homogenized injection.
Avantageusement, la perte de charge est obtenue au moyen d'au moins un diaphragme disposé dans le circuit de carburant. On homogénéise l'écoulement du carburant au moyen d'une chambre de tranquillisation disposée entre le diaphragme et la sortie de la tête d'injection. Advantageously, the pressure drop is obtained by means of at least one diaphragm disposed in the fuel circuit. The flow of fuel is homogenized by means of a stilling chamber arranged between the diaphragm and the outlet of the injection head.
L'invention concerne également un système d'injection aérodynamique pour une chambre de combustion, qui comporte une tête d'injection alimentée en carburant par un circuit de carburant et délivrant une nappe annulaire de carburant qui est cisaillée à la sortie de la tête d'injection par un flux interne et un flux externe d'air mis en rotation par des aubages de tourbillonnement. The invention also relates to an aerodynamic injection system for a combustion chamber, which comprises an injection head supplied with fuel by a fuel circuit and delivering an annular sheet of fuel which is sheared at the outlet of the combustion head. injection by an internal flow and an external flow of air rotated by swirl vanes.
Ce système d'injection est caractérisé par le fait qu'il est prévu au moins un diaphragme disposé dans le circuit de carburant immédiatement en amont de la tête d'injection, ainsi qu'une chambre de tranquillisation disposée entre le diaphragme et la sortie de la tête d'injection. This injection system is characterized by the fact that there is provided at least one diaphragm disposed in the fuel circuit immediately upstream of the injection head, as well as a stilling chamber arranged between the diaphragm and the outlet of the injection head.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente 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 en coupe axiale d'un système d'injection aérodynamique ; et
- la figure 2 est une vue en coupe axiale et à grande échelle de l'injecteur aérodynamique de la figure 1.Other characteristics and advantages of the present invention will emerge on reading the following description given by way of example and with reference to the appended drawings in which:
- Figure 1 is an axial sectional view of an aerodynamic injection system; and
FIG. 2 is a view in axial section and on a large scale of the aerodynamic injector of FIG. 1.
Sur les dessins, on a représenté par la référence 1 un système d'injection monté dans le fond 2 d'une chambre de combustion 3 d'une turbomachine. Ce système d'injection 1 de type aérodynamique comporte une tête d'injection 5 alimentée en carburant par un conduit de carburant 6 relié de manière conventionnelle à une source de carburant non représentée par l'intermédiaire d'un dispositif de commande 7 destiné à réguler le débit de carburant délivré à la tête d'injection 5 en fonction des conditions de fonctionnement de la turbomachine, et alimenté en air par le compresseur de la turbomachine. In the drawings, there is shown by reference 1 an injection system mounted in the bottom 2 of a combustion chamber 3 of a turbomachine. This aerodynamic type injection system 1 comprises an injection head 5 supplied with fuel by a fuel line 6 conventionally connected to a fuel source not shown by means of a control device 7 intended to regulate the flow of fuel delivered to the injection head 5 as a function of the operating conditions of the turbomachine, and supplied with air by the compressor of the turbomachine.
La tête d'injection 5 comporte une cavité cylindrique 10 située dans l'axe 11 de la tête d'injection 5 et destinée à délivrer un flux interne d'air, une cavité annulaire 12 entourant la cavité cylindrique 10 et destinée à délivrer une nappe annulaire 13 de carburant, et un passage annulaire 14 extérieur, entourant la cavité annulaire 12 et destiné à délivrer un flux externe d'air. The injection head 5 comprises a cylindrical cavity 10 located in the axis 11 of the injection head 5 and intended to deliver an internal flow of air, an annular cavity 12 surrounding the cylindrical cavity 10 and intended to deliver a sheet annular fuel 13, and an outer annular passage 14, surrounding the annular cavity 12 and intended to deliver an external flow of air.
La cavité cylindrique 10 est délimitée par une paroi annulaire 15 d'axe 11 et un fond 16, et elle est alimentée en air par une première série d'aubage 17 de tourbillonnement formés dans le corps 18 de la tête d'injection 5. La cavité annulaire 12 est délimitée par la paroi annulaire 15 et une paroi externe 19 qui s'étend vers le foyer de la chambre de combustion 3 au-delà de l'extrémité aval 20 de la paroi annulaire 15. The cylindrical cavity 10 is delimited by an annular wall 15 of axis 11 and a bottom 16, and it is supplied with air by a first series of swirling blades 17 formed in the body 18 of the injection head 5. The annular cavity 12 is delimited by the annular wall 15 and an external wall 19 which extends towards the hearth of the combustion chamber 3 beyond the downstream end 20 of the annular wall 15.
Le passage annulaire 14 extérieur est défini par deux viroles 21 et 22 entre lesquelles est montée une deuxième série d'aubages 30 de tourbillonnement. La première virole 21 est raccordée en aval à l'extrémité aval 24 de la paroi externe 19, et la deuxième virole 22 est raccordée au fond de la chambre 2. Le flux extérieur d'air tourbillonnant délivré par le passage annulaire 14 est dirigé vers l'axe 1 1 de la tête d'injection 5. The outer annular passage 14 is defined by two ferrules 21 and 22 between which is mounted a second series of swirl vanes 30. The first ferrule 21 is connected downstream to the downstream end 24 of the external wall 19, and the second ferrule 22 is connected to the bottom of the chamber 2. The external flow of swirling air delivered by the annular passage 14 is directed towards axis 1 1 of the injection head 5.
La cavité annulaire 12 est alimentée en carburant par des orifices axiaux 23 ménagés dans le corps 18 dans les aubages 17 de la première série d'aubages. The annular cavity 12 is supplied with fuel by axial orifices 23 formed in the body 18 in the blades 17 of the first series of blades.
Une chambre de tranquillisation 24 annulaire est prévue dans le corps 18 en amont du fond 16. Cette chambre de tranquillisation 24 est en communication directe avec les orifices axiaux 23. An annular plenum 24 is provided in the body 18 upstream from the bottom 16. This plenum 24 is in direct communication with the axial orifices 23.
Un diaphragme 25 est disposé dans le circuit de carburant 6 immédiatement en amont du fond 16 de la tête d'injection 5. L'espace 26 situé entre le diaphragme 25 et la face amont du fond 16 est en communication directe avec la chambre de tranquillisation 24. A diaphragm 25 is arranged in the fuel circuit 6 immediately upstream from the bottom 16 of the injection head 5. The space 26 located between the diaphragm 25 and the upstream face of the bottom 16 is in direct communication with the stilling chamber 24.
Le diaphragme 25 réalise une perte de charge au niveau de la pression d'alimentation régnant dans le circuit de carburant 6. The diaphragm 25 achieves a pressure drop at the level of the supply pressure prevailing in the fuel circuit 6.
Par rapport à une tête d'injection aérodynamique traditionnelle, qui est alimentée par un carburant à basse pression, il est nécessaire de maintenir dans le circuit de carburant 6 équipé du diaphragme 25 une forte pression de carburant. Cette disposition permet d'éviter le phénomène de vaporisation dans le circuit de carburant 6 dû aux fortes températures régnant dans la chambre de combustion 3. Compared to a traditional aerodynamic injection head, which is supplied with fuel at low pressure, it is necessary to maintain in the fuel circuit 6 equipped with the diaphragm 25 a high fuel pressure. This arrangement avoids the phenomenon of vaporization in the fuel circuit 6 due to the high temperatures prevailing in the combustion chamber 3.
La chambre de tranquillisation 24 permet d'homogénéiser l'écoulement de carburant. The still chamber 24 makes it possible to homogenize the flow of fuel.
Une autre variante consiste à installer des diaphragmes dans les orifices axiaux 23 de façon à maintenir la forte pression de carburant dans le circuit de carburant 6 et la tête d'injection aussi en aval que possible. Bien entendu, la section de ces diaphragmes serait équivalente au diaphragme unique 25 défini dans la version précédente. Another variant consists in installing diaphragms in the axial orifices 23 so as to maintain the high fuel pressure in the fuel circuit 6 and the injection head as downstream as possible. Of course, the section of these diaphragms would be equivalent to the single diaphragm 25 defined in the previous version.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9506748A FR2735214B1 (en) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | AERODYNAMIC INJECTION SYSTEM SUPPLIED BY HIGH PRESSURE FUEL |
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|---|---|---|---|
| FR9506748A FR2735214B1 (en) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | AERODYNAMIC INJECTION SYSTEM SUPPLIED BY HIGH PRESSURE FUEL |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2735214A1 true FR2735214A1 (en) | 1996-12-13 |
| FR2735214B1 FR2735214B1 (en) | 1997-07-18 |
Family
ID=9479732
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| FR9506748A Expired - Lifetime FR2735214B1 (en) | 1995-06-08 | 1995-06-08 | AERODYNAMIC INJECTION SYSTEM SUPPLIED BY HIGH PRESSURE FUEL |
Country Status (1)
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|---|---|
| FR (1) | FR2735214B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2832493A1 (en) * | 2001-11-21 | 2003-05-23 | Snecma Moteurs | Multi-stage fuel-air injector, for turbo machine combustion chamber, has secondary array of fuel feed orifices offset axially from the first set |
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1995
- 1995-06-08 FR FR9506748A patent/FR2735214B1/en not_active Expired - Lifetime
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| US6820425B2 (en) | 2001-11-21 | 2004-11-23 | Hispano-Suiza | Fuel injection system with multipoint feed |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2735214B1 (en) | 1997-07-18 |
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