FR2896303A1 - Systeme et procede pour refroidir un injecteur de carburant etage a jet d'air. - Google Patents
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Abstract
Un injecteur de carburant étage est décrit, qui comprend un circuit de carburant principal (62, 70) pour alimenter le carburant vers un atomiseur de carburant principal (25) et un circuit de carburant pilote (70, 72) pour alimenter le carburant vers un atomiseur de carburant pilote (35) situé radialement vers l'intérieur du atomiseur de carburant principal (25). Le circuit de carburant pilote (70, 72) est à proximité étroite du circuit de carburant principal (62, 70) en route vers l'atomiseur de carburant pilote (35) de telle sorte que le flux de carburant pilote refroidit le carburant stagnant situé à l'intérieur du circuit de carburant principal (62, 70) pendant le fonctionnement du moteur à régime lent pour empêcher la cokéfaction.
Description
SYSTEME ET PROCEDE POUR REFROIDIR UN INJECTEUR DE CARBURANT ETAGE A JET
D'AIR Domaine de l'invention La présente invention concerne l'injection de carburant, et plus particulièrement un système et un procédé pour refroidir les fentes de sortie du circuit de carburant principal d'un injecteur de carburant étagé à jet d'air en utilisant le flux de carburant pilote, à un régime moteur réduit.
Etat de la technique Les injecteurs de carburant étagés pour les moteurs à turbine à gaz sont bien connus dans le métier. Ils comprennent typiquement un atomiseur de carburant pilote destiné à être utilisé pendant l'allumage du moteur et le fonctionnement du moteur à bas régime et au moins un atomiseur de carburant principal destiné à être utilisé pendant le fonctionnement du moteur à haut régime de concert avec l'atomiseur de carburant pilote. Une difficulté associée à l'utilisation d'un injecteur de carburant étagé est que lorsque le circuit de carburant pilote fonctionne seul pendant le fonctionnement à bas régime, le carburant stagnant situé à l'intérieur du circuit de carburant principal peut être sujet à la formation de carbone ou à la cokéfaction du fait des températures associées à l'environnement d'utilisation. Cela peut dégrader les performances du. moteur au fil du temps.
Par le passé, des tentatives ont visé à isoler passivement ou protéger d'une autre manière le circuit de carburant principal d'un injecteur de carburant étagé contre la formation de carbone pendant le fonctionnement du moteur à bas régime en utilisant des écrans thermiques ou des évents. Des efforts ont également été réalisés pour refroidir activement un injecteur de carburant étagé en utilisant le flux de carburant en provenance du circuit de carburant pilote. L'un de ces efforts est décrit dans le brevet US 5,570,580 de Mains, qui présente un injecteur de carburant comprenant deux extrémités d'injecteur à deux orifices, chacun comprenant un atomiseur à pression principal et secondaire. Des flux de carburant vers les atomiseurs principal et secondaire des extrémités de buse pilote et principal sont agencés pour transférer la chaleur entre le f:Lux de carburant principal pilote et chacun des flux de carburant secondaire principal et flux de carburant secondaire pilote. Cependant, à ce jour, le refroidissement actif n'a pas été utilisé pour la protection contre la formation de carbone dans le circuit de carburant principal d'un injecteur de carburant étagé à jet d'air. Par conséquent, ii existe un besoin pour un procédé de refroidissement actif d'un injecteur de carburant à jet d'air étagé piloté ou à formation de film préalable (ou préfilmage ) et à jet d'air pur pour empêcher la formation de carbone ou la cokéfaction dans le circuit de carburant principal pendant :Le fonctionnement du moteur à bas régime et en général, pour permettre au flux de carburant pilote de refroidir le circuit de carburant principal pendant le fonctionnement du moteur à haut régime, de façon à améliorer les performances du moteur et la durée de vie de l'injecteur.
Objets de l'invention
Le premier objet de la présente invention est un injecteur de carburant étagé (10) comprenant : a) un circuit de carburant principal (62, 70) destiné à transporter le carburant vers un atomiseur de carburant principal (25), ledit atomiseur pouvant comprendre un préfilmeur extérieur radial. (24) et un générateur de tourbillon de carburant intérieur radial (26) ; et b) un circuit de carburant pilote (60, 72) destiné à transporter le carburant vers un atomiseur de carburant pilote (35) situé radialement vers l'intérieur de l'atomiseur de carburant principal (25), dans lequel le circuit de carburant pilote (60, 72) est en contact thermique avec le circuit de carburant principal (62, 70) en route vers l'atomiseur de carburant pilote (35).
Le deuxième objet de la présente invention est un injecteur de carburant étagé (10) comprenant : a; un atomiseur de carburant principal (25) comprenant un préfilmeur (24) extérieur radial comprenant une surface diamétrale extérieure (24a) et un générateur de tourbillon de carburant (26) intérieur radial comprenant une surface diamétrale extérieure (26a) b; un circuit de carburant principal (62, 70) formé dans l'atomiseur de carburant principal (25) et comprenant une partie de circuit de carburant principal (70) extérieur formée dans la surface diamétrale extérieure (24a) du préfilmeur et une partie de circuit de carburant principal (62) intérieur formée dans la surface diamétrale extérieure (26a) du générateur de tourbillon de carburant (26) ; 3 c) un circuit de carburant pilote (60, 72) formé dans l'atomiseur de carburant principal (25) et comprenant une partie de circuit de carburant pilote extérieur (60) formée dans la surface diamétrale extérieure (24a) du préfilmeur et une partie de circuit de carburant pilote intérieur (72) formée dans la surface diamétrale extérieure (26a) du générateur de tourbillon de carburant (26) ; et d; un atomiseur de carburant pilote (35) situé axialement à l'intérieur de l'atomiseur de carburant principal (25), et communiquant avec le circuit de carburant pilote (60, 72).
Description de l'invention La présente invention concerne un injecteur de carburant étagé nouveau et utile qui comprend un atomiseur de carburant principal sous la forme d'un atomiseur à préfilmage et à jet d'air pur et un atomiseur de carburant pilote situé radialement vers l'intérieur de l'atomiseur de carburant principal. Un circuit de carburant principal transporte le carburant vers l'atomiseur de carburant principal, et un circuit de carburant pilote transporte le carburant vers l'atomiseur de carburant pilote situé radialement vers l'intérieur de l'atomiseur de carburant principal. Selon la présente invention, le circuit de carburant pilote est en contact thermique avec le circuit de carburant principal, sur le trajet vers l'atomiseur de carburant pilote. Ce faisant, le flux de carburant pilote dans le circuit de carburant pilote refroidit ou protège d'une autre manière le circuit de carburant principal contre la formation de carbone pendant le fonctionnement à bas régime, quand il y a typiquement du carburant stagnant situé dans le circuit de carburant principal. De plus, la proximité étroite des circuits de carburant pilote et principal à l'intérieur de l'atomiseur de carburant principal permet au flux de carburant principal de refroidir le flux de carburant pilote quand le moteur fonctionne à haut régime et le carburant s'écoule dans les deux circuits. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, l'atomiseur de carburant principal comprend, entre autres choses, un dispositif de formation de film préalable de carburant (dénommé préfilmeur dans la suite du texte pour des soucis de simplification) extérieur disposé radialement et un générateur de tourbillon de carburant intérieur disposée radialement. Le préfilmeur extérieur et le générateur de tourbillon de carburant intérieur comprennent des surfaces diamétrales extérieures respectives. Des parties du circuit de carburant principal sont formées dans la surface diamétrale extérieure du préfilmeur et dans la surface diamétrale extérieure du générateur de tourbillon de carburant. Des moyens de passage radial s'étendent à travers le préfilmeur pour assurer la communication entre les parties du circuit de carburant principal formées dans la surface diamétrale extérieure du préfilmeur et les parties du circuit de carburant principal formées dans la surface diamétrale extérieure du générateur de tourbillon de carburant. Des parties du circuit de carburant pilote sont également formées dans les surfaces diamétrales extérieures respectives du préfilmeur et du générateur de tourbillon de carburant. Encore une fois, des moyens de passage radial s'étendent à travers le préfilmeur pour assurer la communication entre les parties du circuit de carburant pilote formées dans la surface diamétrale extérieure du préfilmeur et les parties du circuit de carburant pilote formées dans la surface diamétrale extérieure du générateur de tourbillon de carburant. De même, des moyens de passage radial s'étendent à travers le générateur de tourbillon de carburant pour assurer la communication entre les parties du circuit de carburant pilote formées dans la surface diamétrale extérieure du générateur de tourbillon de carburant et l'atomiseur de carburant pilote agencé axialement.
Le circuit de carburant principal comprend une pluralité de fentes de sortie de carburant obliques espacées circonférentiellement, qui sont formées dans la surface diamétrale extérieure du générateur de tourbillon de carburant et alimentent une chambre annulaire principale de tourbillonnement de carburant. Selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, le circuit de carburant pilote est situé à proximité étroite des fentes de sortie du carburant du circuit de carburant principal, de telle sorte que le circuit de carburant pilote forme un canal de refroidissement autour du circuit de carburant principal. De préférence, la chambre de tourbillonnement est configurée comme une chambre de tourbillonnement autodrainante de telle sorte qu'il n'est pas nécessaire de diriger le circuit de refroidissement pilote à proximité de celle-ci. La présente invention concerne en outre un procédé de refroidissement d'un injecteur de carburant étagé qui comprend les étapes consistant à fournir un circuit de carburant principal pour transporter le carburant vers un atomiseur de carburant principal, fournir un circuit de carburant pilote pour transporter le carburant vers un atomiseur de carburant pilote situé radialement vers l'intérieur de l'atomiseur de carburant principal, et diriger le carburant pilote à travers le circuit de carburant pilote pour refroidir le carburant stagnant situé à l'intérieur du circuit de carburant principal pendant le fonctionnement du moteur à bas régime pour empêcher la cokéfaction. Ces aspects de la présente invention ainsi que d'autres apparaîtront plus facilement à l'homme du métier à la lecture de la description détaillée suivante de l'invention associée aux dessins. Afin que l'homme du métier auquel la présente invention appartient puisse comprendre plus facilement comment utiliser le système et le procédé de la présente invention, les modes de réalisation de celle-ci sont décrits en détail ci-dessous en référence aux dessins, dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d'une buse d'injecteur de carburant étagé à jet d'air réalisée selon un mode de réalisation préféré de la présente invention, vue depuis une position avale ; la figure 2 est une vue en perspective de la buse d'injecteur de carburant étagé à jet d'air de la figure 1, vue depuis une position amont ; la figure 3 est une vue en coupe transversale de la 30 buse d'injecteur de carburant étagé à jet d'air de la présente invention selon la ligne 33 de la figure 1 ; la figure 4 est une vue en perspective éclatée de la buse d'injecteur de carburant étagé à jet d'air de la figure 1, vue de dessus ; la figure 5 est une vue en perspective éclatée de la 5 buse d'injecteur de carburant étagé à jet d'air de la figure 1, vue de dessous ; la figure 6 est une vue en coupe transversale selon la ligne 6-6 de la figure 3, illustrant les passages d'entrée pilote et principal du carburant de la buse 10 d'injecteur de carburant étagé à jet d'air de la figure 1 ; la figure 7 est une vue en coupe transversale selon la ligne 7-7 de la figure 4, illustrant des parties des circuits de carburant principal et pilote formés dans le 15 préfilmeur de l'atomiseur de carburant principal de la buse d'injecteur de carburant étagé à jet d'air présenté sur la figure 1 ; la figure 8 est une vue en coupe transversale selon la ligne 8-8 de la figure 4, illustrant des parties des 20 circuits de carburant principal et pilote formées dans le générateur de tourbillon de carburant de l'atomiseur de carburant principal de la buse d'injecteur de carburant étagé à jet d'air présenté sur la figure 1 ; la figure 9 est une vue en perspective localisée de 25 la surface diamétrale extérieure du générateur de tourbillon de carburant présenté sur la figure 4, illustrant une fente de sortie oblique du circuit de carburant principal, qui alimente la chambre de tourbillonnement du générateur de tourbillon de 30 carburant ; la figure 10 est une vue en coupe transversale de la buse d'injecteur de carburant étagé à jet d'air de la présente invention selon la ligne 10-10 de la figure 1, tournée autour de la ligne médiane axiale de la buse par rapport à la figure 3, de façon à illustrer les circuits de carburant principal et pilote de l'atomiseur de carburant principal ; la figure 11 est une vue en perspective de l'injecteur de carburant de la figure 1, avec les tubes d'alimentation de carburant principal et pilote retirés pour faciliter l'illustration, et dans laquelle les lignes cachées illustrent les circuits de carburant principal et pilote formés dans les surfaces diamétrales extérieures respectives du préfilmeur et du générateur de tourbillon ; la figure 12 est une vue en perspective comme sur la figure 11, avec une section courbe du corps de la buse retirée pour illustrer le schéma de flux de carburant principal et pilote dans la surface diamétrale extérieure du préfilmeur, dans laquelle le schéma de flux de carburant pilote est identifié par des flèches pleines et le schéma de flux de carburant principal est identifié par des flèches creuses ; la figure 13 est une vue en perspective comme sur la figure 11, avec des sections courbes du corps de la buse et du préfilmeur retirées pour illustrer les schémas de flux de carburant principal et pilote dans la surface diamétrale extérieure du générateur de tourbillon de carburant ; et la figure 14 est une vue en élévation latérale, en section transversale, de la buse d'injecteur de carburant étagé à jet d'air de la présente invention pendant le fonctionnement du moteur à haut régime, quand les circuits de carburant principal et pilote fonctionnent, et dans laquelle, à ce moment-là, le circuit de carburant principal sert à refroidir le circuit de carburant pilote. En référence aux dessins dans lesquels les chiffres de référence identiques identifient les éléments structurels ou aspects similaires de la présente invention, la figure 1 illustre un injecteur de carburant réalisé selon un mode de réalisation préféré de la présente invention et désigné généralement par le chiffre de référence 10. L'injecteur de carburant 10 est adapté et configuré pour transporter le carburant vers la chambre de combustion d'un moteur à turbine à gaz. L'injecteur de carburant 10 est généralement appelé injecteur de carburant étagé étant donné qu'il comprend un circuit de carburant pilote qui fonctionne généralement pendant l'allumage du moteur et à un régime moteur réduit, et un circuit de carburant principal qui fonctionne généralement au fonctionnement du moteur à haut régime (par exemple au décollage et en régime de croisière) et est typiquement étagé au fonctionnement à bas régime. En référence à la figure 1, l'injecteur de carburant 10 comprend un corps de buse généralement cylindrique 12, qui dépend d'un bras d'alimentation allongé 14. Au cours du fonctionnement, le carburant principal et pilote est envoyé dans le corps de buse 12 à travers des tubes concentriques d'alimentation de carburant. Ces tubes d'alimentation comprennent un tube d'alimentation de carburant intérieur/principal 15 et un tube d'alimentation de carburant extérieur/pilote 17 situés à l'intérieur du bras d'alimentation 14 (voir les figures 3 et 6). Bien que cela ne soit pas illustré, il est envisagé que les tubes d'alimentation de carburant puissent être contenus à l'intérieur d'une enveloppe allongée ou d'une contre-fiche de protection s'étendant depuis un raccord de tuyauterie de carburant jusqu'au corps de buse. En même temps que le carburant est envoyé dans le corps de buse 12 à travers le bras d'alimentation 14, l'air de combustion sous pression est dirigé dans l'extrémité arrière du corps de buse 12 (voir la figure 2) et dirigé à travers une série de circuits ou passages d'air principaux et pilotes, qui sont décrits sur la figure 3. L'air qui s'écoule à travers les circuits d'air principal et pilote interagit avec les flux de carburant principal et pilote en provenance du bras d'alimentation 14. Cette interaction facilite l'atomisation du carburant principal et pilote réalisée depuis l'extrémité avant du corps de buse 12 et dans la chambre de combustion du moteur à turbine à gaz, ainsi que cela est illustré sur la figure 14.
En référence à la figure 3, le corps de buse 12 comprend un atomiseur de carburant principal 25 qui comprend un capuchon d'entrée d'air extérieur 16 et un générateur de tourbillon d'air extérieur principal 18. Un circuit d'air extérieur principal 20 est défini entre le capuchon d'entrée d'air extérieur 16 et le générateur de tourbillon d'air extérieur 18. Des aubes de tourbillonnement 22 sont disposées à l'intérieur du circuit d'air extérieur principal 20, dépendant du générateur de tourbillon d'air extérieur 18, pour communiquer une composante de tourbillonnement angulaire à l'air de combustion sous pression qui s'écoule au travers. 2896303 7. 2 Un préfilmeur de carburant extérieur 24 est positionné radialement vers l'intérieur du générateur de tourbillon d'air extérieur 18 et un générateur de tourbillon de carburant principal 26 est positionné 5 radialement vers l'intérieur du préfilmeur 24. Le préfilmeur comprend une surface de préfilmage divergente à l'ouverture de la buse. Ainsi que cela est décrit de façon plus détaillée ci-dessous en liaison avec la figure 4; des parties des circuits de carburant principal et 10 pilote sont définies dans les surfaces diamétrales extérieures 24a et 26a du préfilmeur 24 et du générateur de tourbillon de carburant principal 26, respectivement. Le circuit de carburant principal reçoit le carburant en provenance du tube d'alimentation intérieur 15 15 et transporte ce carburant dans une chambre de tourbillonnement annulaire 28 située à l'extrémité avant de l'atomiseur de carburant principal. L'atomiseur de carburant principal comprend également un circuit d'air intérieur principal 30 défini entre le générateur de 20 tourbillon de carburant principal 26 et un. capuchon d'entrée d'air pilote convergent 32. Des aubes de tourbillonnement 34 sont agencées à l'intérieur du circuit d'air intérieur principal 30, dépendant du capuchon d'entrée d'air pilote 32, pour communiquer une 25 composante angulaire de tourbillonnement à l'air de combustion sous pression qui s'écoule au travers. Au cours du fonctionnement, l'air tourbillonnant qui s'écoule en provenance du circuit d'air extérieur principal 20 et du circuit d'air intérieur principal 30 30 frappe le carburant qui sort de la chambre de tourbillonnement 28, pour favoriser la pulvérisation du carburant, ainsi que cela est illustré par exemple sur la figure 14. En référence continue à la figure 3, le corps de buse 12 comprend également un atomiseur de carburant pilote agencé axialement 35 qui comprend le capuchon d'entrée d'air pilote convergent 32 et un générateur de tourbillon d'air extérieur pilote 36. Un circuit d'air extérieur pilote 38 est défini entre le capuchon d'entrée d'air pilote 32 et le générateur de tourbillon d'air extérieur pilote 36. Des aubes de tourbillonnement 40 sont agencées à l'intérieur du circuit d'air extérieur pilote 38, dépendant du générateur de tourbillon d'air 36, pour transmettre une composante angulaire de tourbillonnement à l'air qui s'écoule au travers. Un générateur de tourbillon de carburant pilote 42, présenté ici à titre d'exemple, comme un atomiseur de tourbillonnement sous pression, est disposé coaxialement à l'intérieur du générateur de tourbillon d'air extérieur pilote 36. Le générateur de tourbillon de carburant pilote 42 reçoit le carburant en provenance du circuit de carburant pilote au travers de l'alésage de carburant pilote intérieur 76 dans la bride de support 78, décrite p:Lus en détail ci-dessous. En référence à la figure 4 en association avec les figures 3 et 6, le corps de buse 12 comprend une section de montage de tube arrière 12a et une section de montage d'atomiseur avant 12b de diamètre extérieur réduit. La section de montage de tube 12a comprend un appendice de montage en saillie radiale 12c qui définit un bol principal de carburant 50 pour recevoir les tubes concentriques de carburant 15 et 17 du bras d'alimentation 14 (voir la figure 6). Un alésage central de carburant pilote 52 s'étend à partir du bol de carburant 50 pour communiquer avec le tube de carburant intérieur/principal 15 pour transporter le carburant vers le circuit de carburant principal défini dans les surfaces diamétrales extérieures du préfilmeur 24 et du générateur de tourbillon de carburant 26. Deux alésages de carburant pilote 54a et 54b communiquent avec et s'étendent depuis le bol de carburant 50 pour transporter le carburant pilote/de refroidissement depuis le tube de carburant pilote/extérieur 17 vers le circuit de carburant pilote défini dans les surfaces diamétrales extérieures du préfilmeur 24 et du générateur de tourbillon de carburant 26. En référence aux figures 4 et 5, la surface diamétrale extérieure 24a du préfilmeur extérieur 24 et la surface diamétrale extérieure 26a du générateur de tourbillon de carburant principal 26 comprennent des canaux ou des rainures usinés qui forment des parties des circuits ou passages de carburant principal et pilote.
Les circuits de carburant principal et pilote sont séparés l'un de l'autre par des joints brasés ou toute autre technique de raccordement ou d'étanchéification connue. Plus particulièrement, un circuit de carburant pilote extérieur 60 composé de deux demi-sections de circuit de carburant généralement en forme de U 60a et 60b, et un circuit de carburant principal 70 sont formés dans la surface diamétrale extérieure 24a du préfilmeur extérieur 24 (voir la figure 7). Le circuit de carburant principal extérieur 70 est situé entre les jambes des deux demi-sections du circuit de carburant pilote 60a et 60b. Au moyen du tuyau de carburant pilote 17, la demi- section extérieure du circuit de carburant pilote 60a reçoit le carburant de l'alésage de carburant pilote 54a, et la demi-section extérieure du circuit de carburant pilote 60b reçoit le carburant de l'alésage de carburant pilote 54b (voir la figure 12). Le circuit de carburant principal extérieur 70 reçoit le carburant de l'alésage de carburant central 52, au moyen du tuyau de carburant intérieur 15. En référence encore aux figures 4 et 5, le circuit de carburant principal intérieur 62 de l'atomiseur de carburant principal 25 est formé dans la surface diamétrale extérieure 26a du générateur de tourbillon de carburant principal 26. Le circuit de carburant principal intérieur 62 comprend des goulottes de distribution de carburant 64a à 64e agencées circonférentiellement.
Chaque goulotte de distribution de carburant 64a à 64e reçoit le carburant d'un orifice de transfert de carburant radial respectif 66a à 66e associé au circuit de carburant extérieur principal 70 dans le préfilmeur 24 et s'étendant radialement à travers le préfilmeur 24 (voir les figures 8 et 13). Chaque goulotte de distribution de carburant 64a à 64e comprend une pluralité de fentes de sortie obliques 68 qui transprtent le carburant vers la chambre de tourbillonnement annulaire 28 définie dans la surface diamétrale extérieure 26a du générateur de tourbillon de carburant 25 (voir les figures 9 et 13). Le circuit de carburant pilote intérieur 72 de l'atomiseur de carburant pilote 35 est également formé dans la surface diamétrale extérieure 26a du générateur de tourbillon de carburant 26. Le circuit de carburant pilote intérieur 72 comprend des demi-sections de circuit en forme de U 72a et 72b qui commencent séparément mais qui se terminent en commun. Les demi-sections de circuit pilote 72a et 72b sont alimentées en carburant à partir des orifices de transfert radiaux 74a et 74b respectifs associés avec les demi-sections extérieures du circuit de carburant pilote 60a et 60b, respectivement, et s'étendant radialement à travers le p:réfilmeur 24 (voir la figure 4). Le carburant en provenance des demi-sections de circuit pilote 72a et 72b est dirigé vers le générateur de tourbillon de carburant pilote 42 à travers un alésage de carburant pilote intérieur 76 formé dans la bride de support de l'atomiseur pilote 78, qui dépend de la surface intérieure du générateur de tourbillon de carburant 26 (voir les figures 3 et 6). Selon la présente invention, le carburant qui se déplace à travers les circuits de carburant pilote intérieur et extérieur 72, 60 est dirigé en contact thermique avec les circuits de carburant principaux intérieur et extérieur 62, 70, vers l'atomiseur de carburant pilote 35 situé le long de l'axe du corps de buse 12, ainsi que cela est illustré sur les figures 12 et 13. Plus particulièrement, ainsi que cela est mieux illustré sur les figures 4 et 5, les demi-sections de circuit pilote extérieures 60a et 60b entourent sensiblement le circuit de carburant principal extérieur 70. De plus, les demi-sections pilotes extérieures 60a et 60b sont situées au-dessus du circuit de carburant principal intérieur 62, pour assurer une protection thermique supplémentaire. Ce faisant, le flux de carburant pilote à travers les circuits de carburant pilote extérieur et intérieur 60 et 72 protège le circuit de carburant intérieur principal 62 et en particulier, les fentes de sortie principales 68 qui alimentent la chambre de tourbillonnement 28, contre la formation de carbone pendant le fonctionnement à bas régime, quand il y a typiquement du carburant stagnant situé dans le circuit de carburant intérieur principal 62.
Ainsi que cela est le mieux illustré sur la figure 10, la proximité étroite des circuits de carburant extérieur et intérieur principaux 70, 62 et des circuits de carburant extérieur et intérieur pilotes 60, 72 permet au flux de carburant principal de refroidir le flux de carburant pilote quand le moteur fonctionne à haut régime et le carburant s'écoule à la fois dans les circuits de carburant principal et pilote. Par essence, les canaux de refroidissement pilotes agissent comme un échangeur de chaleur à plusieurs passages (ou à contre-couvrant) pour améliorer l'efficacité du refroidissement pilote. En outre, le carburant pilote en route pour refroidir les fentes de sortie principales 68 du circuit de carburant intérieur principal 62 est à proximité étroite du flux de carburant pilote qui revient de refroidir les fentes de sortie principales 68. Etant donné que le gain de chaleur par unité de longueur de déplacement par le flux de carburant pilote est minime, ce schéma de flux de carburant pilote double effectivement la capacité de refroidissement du carburant pilote dans une zone donnée. L'homme du métier reconnaîtra que l'ensemble de l'atomiseur de carburant principal de l'injecteur 10 n'est pas refroidi par le flux de carburant pilote qui se déplace à travers les parties du circuit de carburant pilote intérieure et extérieure 72, 60. En particulier, les surfaces de film extérieur du préfilmeur 24 et la chambre de tourbillonnement 28 dans le générateur de tourbillon de carburant 26 en aval des fentes de sortie principales 68 ne sont pas refroidies par l'interaction thermique avec les canaux de carburant pilote. De plus, le carburant pilote n'a pas la capacité de refroidissement pour maintenir la température de ces surfaces exposées en dessous d'un point auquel lecarbone se formerait quand l'atomiseur principal est étagé. Au contraire, selon un aspect de la présente invention, quand l'atomiseur principal 25 est étagé, le carburant restant à l'intérieur de la chambre de tourbillonnement 28 est retiré de celle-ci, de telle sorte qu'il n'est pas nécessaire de contrôler la température dans cette zone. Pour ce faire, le préfilmeur 24 intègre une chambre de tourbillonnement autodrainante 1.5 28. Par conséquent, la force de gravité extrait le carburant restant vers le fond de la chambre de tourbillonnement 28 et de là, vers le bas de la surface conique divergente du préfilmeur 24. Le carburant est alors évacué de la surface de filmage du préfilmeur 24 20 par un flux d'air à grande vitesse qui traverse l'atomiseur principal par le circuit d'air intérieur principal 30. Bien que la présente invention ait été décrite en liaison avec les modes de réalisation préférés, l'homme 25 du métier appréciera facilement que des changements et des modifications puissent être réalisés sans s'écarter de l'esprit et de la portée de la présente invention définis par les revendications jointes.
Claims (10)
1. Injecteur de carburant étagé (10) comprenant : a) un circuit de carburant principal (62, 70) destiné à transporter le carburant vers un atomiseur de carburant principal (25) ; et b) un circuit de carburant pilote (60, 72) destiné à transporter le carburant vers un atomiseur de carburant pilote (35) situé radialement vers l'intérieur de l'atomiseur de carburant principal (25), dans lequel le circuit de carburant pilote (60, 72) est en contact thermique avec le circuit de carburant principal (62, 70) en route vers l'atomiseur de carburant pilote (35).
2. Injecteur de carburant étagé selon la revendication 1, dans lequel l'atomiseur de carburant principal (25) comprend un préfilmeur extérieur radial (24) comprenant une surface diamétrale extérieure (24a), et un générateur de tourbillon de carburant intérieur radial (26) comprenant une surface diamétrale extérieure (26a), et dans lequel des parties du circuit de carburant principal (62, 70) sont formées dans la surface diamétrale extérieure (24a) du préfilmeur (24) et la surface diamétrale extérieure (26a) du générateur de tourbillon de carburant (26).
3,. Injecteur de carburant étagé selon la revendication 2, dans lequel des moyens de passage radial s'étendent à travers le préfilmeur (24) pour assurer la communication entre les parties du circuit de carburant principal (70) formées dans la surface diamétrale extérieure (24a) du préfilmeur (24) et les parties du circuit de carburantprincipal (62) formées dans la surface diamétrale extérieure (26a) du générateur de tourbillon de carburant (26).
4. Injecteur de carburant étagé selon une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel des parties du circuit de carburant pilote (60, 72) sont formées dans la surface diamétrale extérieure (24a) du préfilmeur (24) et la surface diamétrale extérieure (26a) du générateur de tourbillon de carburant (26).
5. Injecteur de carburant étagé selon la revendication 4, dans lequel des moyens de passage radial s'étendent à travers le préfilmeur (24) pour assurer la communication entre les parties du circuit de carburant pilote (60) formées dans la surface diamétrale extérieure (24a) du préfilmeur (24) et les parties du circuit de carburant pilote (72) formées dans la surface diamétrale extérieure (26a) du générateur de tourbillon de carburant (26).
6. Injecteur de carburant étagé selon une quelconque des revendications 2 à 5, dans lequel un passage radial s'étend à travers le générateur de tourbillon de carburant (26) pour assurer la communication entre le circuit de carburant pilote (60, 72) et l'atomiseur pilote (35).
7. Injecteur de carburant étagé selon une quelconque des revendications 2 à 6, dans lequel le circuit de carburant principal (62, 70) comprend une pluralité de fentes de sortie (68) du carburant formées dans le générateur de tourbillon de carburant (26), et dans lequel :Le circuit de carburant pilote (60, 72) est situé à proximité étroite des fentes de sortie (68) du carburant du circuit de carburant principal (62, 70).
8. Injecteur de carburant étagé selon la revendication 7, dans lequel les fentes de sortie (68) du carburant communiquent avec une chambre de tourbillonnement (28) formée dans le générateur de tourbillon de carburant (26).
9. Injecteur de carburant étagé selon la revendication 8, dans lequel la chambre de tourbillonnement (28) est configurée comme une chambre de tourbillonnement (28) autodrainante.
10. Injecteur de carburant étagé (10) comprenant : a) un atomiseur de carburant principal (25) comprenant un préfilmeur (24) extérieur radial comprenant une surface diamétrale extérieure (24a) et un générateur de tourbillon de carburant (26) intérieur radial comprenant une surface diamétrale extérieure (26a) ; b) un circuit de carburant principal (62, 70) formé dans l'atomiseur de carburant principal (25) et comprenant une partie de circuit de carburant principal (70) extérieur formée dans la surface diamétrale extérieure (24a) du préfilmeur (24) et une partie de circuit de carburant principal (62) intérieur formée dans la surface diamétrale extérieure (26a) du générateur de tourbillon de carburant (26) ; c) un circuit de carburant pilote (60, 72) formé dans l'atomiseur de carburant principal (25) et comprenant unepartie de circuit de carburant pilote extérieur (60) formée dans la surface diamétrale extérieure (24a) du préfilmeur et une partie de circuit de carburant pilote intérieur (72) formée dans la surface diamétrale extérieure (26a) du générateur de tourbillon de carburant (26) ; et d) un atomiseur de carburant pilote (35) situé axialement à l'intérieur de l'atomiseur de carburant principal (25), et communiquant avec le circuit de carburant pilote (60, 72). 1:L. Injecteur de carburant étagé selon la revendication 10, dans lequel le circuit de carburant pilote (60, 72) est à proximité étroite du circuit de carburant principal (62, 70) de telle sorte que le flux de carburant pilote sert à refroidir le carburant stagnant situé à l'intérieur du circuit de carburant principal (62, 70) pendant le fonctionnement du moteur à régime lent, et empêche ainsi la cokéfaction dans le circuit de carburant principal (62, 70). 12. Injecteur de carburant étagé selon une quelconque des revendications 10 ou 11, dans lequel des moyens de passage radial s'étendent à travers le préfilmeur (24) pour assurer la communication entre la partie de circuit de carburant principal (70) extérieure formée dans la surface diamétrale extérieure (24a) du dispositif de préfilmeur (24) et la partie de circuit de carburant principal (62) intérieure formée dans la surface diamétrale extérieure (26a) du générateur de tourbillon de carburant (26).13. Injecteur de carburant étagé selon une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel des moyens de passage radial s'étendent à travers le préfilmeur (24) pour assurer la communication entre les parties de circuit de carburant pilote extérieur (60) formées dans :La surface diamétrale extérieure (24a) du préfilmeur (24) et les parties de circuit de carburant pilote intérieur (72) formées dans la surface diamétrale extérieure (26a) du générateur de tourbillon de carburant (26). 14. Injecteur de carburant étagé selon une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel des moyens de passage radial s'étendent à travers le générateur de tourbillon de carburant (26) pour assurer la communication entre les parties de circuit de carburant pilote intérieur (72) formées dans la surface diamétrale extérieure (26a) du générateur de tourbillon de carburant (26) et l'atomiseur de carburant pilote (35). 15. Injecteur de carburant étagé selon une quelconque des revendications 10 à 14, dans lequel le circuit de carburant principal (62, 70) comprend une pluralité de fentes de sortie (68) du carburant formées dans le générateur de tourbillon de carburant (26), et dans lequel le circuit de carburant pilote (60, 72) est situé à proximité étroite des fentes de sortie (68) du carburant du circuit de carburant principal (62, 70). 16. Injecteur de carburant étagé selon la revendication 30 15, dans lequel les fentes de sortie (68) du carburant communiquent avec une chambre de tourbillonnement (28)formée dans le générateur de tourbillon de carburant (26). 17. Injecteur de carburant étagé selon la revendication 16, dans lequel la chambre de tourbillonnement (28) est configurée comme une chambre de tourbillonnement (28) autodrainante. 18. Procédé de refroidissement d'un injecteur de carburant étagé comprenant les étapes consistant à : a) fournir un circuit de carburant principal (62, 70) pour le transport du carburant vers un atomiseur de carburant principal (25) ; b) fournir un circuit de carburant pilote (60, 72) pour le transport du carburant vers un atomiseur de carburant pilote (35) situé radialement vers l'intérieur de l'atomiseur de carburant principal (25) ; et c) diriger le carburant à travers le circuit de carburant pilote (60, 72) pour refroidir le carburant stagnant situé à l'intérieur du circuit de carburant principal (62, 70) pendant le fonctionnement du moteur à bas régime pour empêcher la cokéfaction.. 19. Procédé selon la revendication 18, comprenant en outre l'étape de refroidissement du carburant qui s'écoule à travers le circuit de carburant pilote (60, 72) avec le carburant qui s'écoule à travers :Le circuit de carburant principal (62, 70) pendant le fonctionnement du moteur à haut régime.30
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