FR2927984A1 - Bras d'alimentation pour injecteur de carburant a circuits multiples - Google Patents
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Abstract
Cette invention concerne un bras d'alimentation (12, 112) pour injecteur de carburant à circuits multiples (10) d'une turbine à gaz. Ledit bras comprend un manchon tubulaire allongé (24, 124) ayant un alésage central avec une paroi intérieure définissant un diamètre interne, et un tube de carburant allongé (22, 122) positionné dans l'alésage du manchon tubulaire. Un passage principal d'écoulement de carburant (30, 130) est formé dans la paroi tubulaire du tube de carburant et délimité par la paroi intérieure du manchon tubulaire. Le passage principal d'écoulement de carburant s'étend dans le sens de la circonférence autour du tube de carburant, au moins une fois le long de la longueur axiale du tube de carburant. Un passage secondaire d'écoulement de carburant (34, 134) s'étend à travers une partie centrale du tube de carburant. Le tube de carburant est configuré pour faciliter le transfert de chaleur par conduction et/ou par convection.
Description
BRAS D'ALIMENTATION POUR INJECTEUR DE CARBURANT A CIRCUITS MULTIPLES
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne les injecteurs de carburant et, plus particulièrement, un bras d'alimentation pour un injecteur de carburant à circuits rultiples d'une turbine à gaz. Etat de la technique
Dans les turbines à gaz, les injecteurs de carburant acheminent du carburant sous pression d'une rampe de 10 distribution de carburant vers une ou plusieurs chambres de combustion. Les injecteurs de carburant fonctionnent aussi de sorte à préparer le carburant pour le mélange avec l'air avant la combustion. Chaque injecteur comprend typiquement un orifice d'admission situé à proximité de 15 la rampe de distribution de carburant, un ou plusieurs passages de carburant tubulaires, et un orifice de sortie relié à une buse de pulvérisation pour introduire du carburant atomisé dans une chambre de combustion. Le carburant atomisé est ensuite typiquement mélangé à l'air 20 et allumé, et le gaz détendu qui en résulte entraîne la rotation d' une pluralité d' aubes de turbine, fournissant ainsi l'énergie nécessaire à propulser un avion, ou à d'autres applications. Un grand nombre d'injecteurs de carburant 25 comprennent de multiples passages d'écoulement de carburant permettant de réguler plus facilement la5 2
puissance de sortie de la turbine à gaz. Par exemple, un injecteur de carburant peut avoir un passage principal d'écoulement de carburant et un passage secondaire d'écoulement de carburant, les deux passages étant utilisés lors d'un fonctionnement à haut niveau de puissance et seul le passage principal d'écoulement de carburant étant utilisé lors d'un fonctionnement à niveau de puissance plus faible. Les injecteurs de carburant comprennent aussi typiquement des chemises thermiques entourant les passages de carburant tubulaires afin de protéger le carburant s'écoulant à travers les passages de la chaleur extrême générée dans la chambre de combustion. Ces chemises thermiques sont nécessaires pour empêcher le cokage, à savoir la décomposition du carburant liquide en des dépôts solides. Le cokage est susceptible d'avoir lieu quand la température des parois mouillées dans un passage de carburant dépasse une valeur maximale. Quand le cokage a lieu, des dépôts solides peuvent aussi se former à l'intérieur du passage d'écoulement de carburant, ce qui restreint le débit de carburant à travers le passage et peut rendre l'injecteur de carburant inefficace ou inutilisable. Les injecteurs de carburant à circuits multiples classiques comprennent un élément tubulaire avec des passages d'écoulement de carburant principal et secondaire. Le passage principal d'écoulement de carburant est formé à travers une partie centrale de l'élément tubulaire et le passage secondaire d'écoulement de carburant est formé de manière à entourer le passage principal d'écoulement de carburant. Le carburant s'écoule continuellement à travers le passage principal 3 o'écoulement de carburant, cependant le carburant peut ne s'écouler que par intermittence à travers le passage secondaire d'écoulement de carburant. Selon les exigences opérationnelles du moteur, la vitesse de l'écoulement de carburant à travers le passage secondaire peut être réduite, ou l'écoulement peut être tout à fait arrêté. En conséquence, du carburant stagnant peut être présent dans le passage secondaire d'écoulement de carburant. Puisque la vitesse d'écoulement à travers le passage secondaire est réduite, et comme le passage secondaire d'écoulement de carburant est situé très à proximité de la chaleur extrême générée par la chambre de combustion, le cokage du carburant dans le passage secondaire d'écoulement de carburant est un problème ordinaire.
Il existe donc un besoin de procédés et de systèmes améliorés de prévention du cokage dans les deux passages d'écoulement de carburant, principal et secondaire, des injecteurs de carburant pour turbines à gaz. Objet de l'invention
Certains avantages de la présente invention ressortiront plus clairement à la lecture de la 25 description ci-après. Des avantages supplémentaires de l'invention seront mis en œuvre et atteints par les dispositifs et les procédés présentés dans la description écrite et les revendications, ainsi que sur les dessins joints. 30 Pour atteindre ces avantages, ainsi que d'autres, et conformément à l'objet de l'invention telle qu'elle est =_ci réalisée, un bras d'alimentation pour un injecteur de20 4 carburant à circuits multiples d'une turbine à gaz est proposé. Le bras d'alimentation comprend un manchon tubulaire allongé ayant un alésage central avec une paroi intérieure définissant un diamètre interne, et un tube de carburant allongé positionné à l'intérieur de l'alésage du manchon tubulaire. Le tube de carburant comprend une paroi tubulaire définissant un diamètre externe qui est sensiblement égal au diamètre interne de l'alésage central. Un passage principal d'écoulement de carburant est formé à l'intérieur de la paroi tubulaire du tube de carburant et il est délimité par la paroi intérieure du manchon tubulaire, et le passage principal d'écoulement de carburant s'étend dans le sens de la circonférence autour du tube de carburant au moins une fois le long de la longueur axiale du tube de carburant. Un passage secondaire d'écoulement de carburant s'étend à travers une partie centrale du tube de carburant, et le tube de carburant est configuré pour faciliter le transfert de chaleur entre le passage principal d'écoulement de carburant et le passage secondaire d'écoulement de carburant par conduction et/ou convection. Un procédé de formation d'un bras d'alimentation pour un injecteur de carburant à circuits multiples d'une turbine à gaz est également proposé. Le procédé de formation d'un bras d'alimentation pour un injecteur de carburant à circuits multiples d'une turbine à gaz comprend les étapes consistant à : fournir un tube de carburant ayant une paroi tubulaire, un passage central et un diamètre externe, former un passage d'écoulement de carburant dans la paroi tubulaire du tube de carburant de telle sorte que le passage d'écoulement de carburant s'enroule dans le sens de la circonférence autour du tube au moins une fois le long de la longueur axiale du tube de carburant, fournir un manchon tubulaire allongé ayant un alésage central définissant un diamètre interne, le diamètre interne étant sensiblement égal au diamètre 5 externe du tube de carburant ; et positionner le tube de carburant à l'intérieur de l'alésage central du manchon tubulaire. L'homme du métier comprendra mieux ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, de l'injecteur de carburant à circuits multiples selon la présente invention, tout comme la manière dont l'invention est assemblée et utilisée, à la lecture de la description ci-après des modes de réalisation préférés faite en référence aux dessins décrits ci-après.
Figures
Afin que l'homme du métier concerné par la présente invention comprenne plus facilement, sans avoir recours à des expérimentations superflues, comment fabriquer et utiliser l'injecteur de carburant à circuits multiples de la présente invention, des modes de réalisation préférés de celle-ci seront décrits ci-après de manière détaillée, en référence à certaines figures, sur lesquelles : la figure 1 est une vue en élévation latérale en coupe transversale partielle d'un injecteur de carburant construit selon un mode de réalisation exemplaire de la présente invention, représentant un passage hélicoïdal externe de carburant entourant un passage interne de carburant ; la figure 2 est une vue en élévation latérale en coupe transversale partielle d'un injecteur de carburant 6
construit selon un autre mode de réalisation exemplaire de la présente invention, représentant une pluralité de passages axiaux externes de carburant reliés par un passage annulaire central ; la figure 3 est une vue en coupe transversale prise le long de la ligne 3-3 de la figure 1, représentant le passage interne de carburant et une partie du passage hélicoïdal externe de carburant ; la figure 4 est une vue en coupe transversale prise le long de la ligne 4-4 de la figure 2, représentant le passage interne de carburant et les passages axiaux externes de carburant ; la figure 5 est une vue en perspective d'un tube de carburant dans lequel les passages externe et interne d'écoulement de carburant sont formés selon le mode de réalisation exemplaire illustré sur la figure 1 ; et la figure 6 est une vue en perspective d'un tube de carburant dans lequel les passages externe et interne d'écoulement de carburant sont formés selon le mode de réalisation exemplaire illustré sur la figure 2.
En référence aux dessins, sur lesquels les numéros de référence identiques identifient ou représentent des caractéristiques ou éléments structuraux similaires des divers modes de réalisation de l'invention, les figures 1, 3 et 5 illustrent un mode de réalisation exemplaire d'un injecteur de carburant à circuits multiples généralement représenté par le numéro de référence 10. D'autres modes de réalisation de l'injecteur de carburant sont présentés sur les figures 2, 4 et 6, comme cela va être décrit ci-après. Les modes de réalisation à présent préférés de l'invention, dont des exemples sont illustrés sur les dessins joints, vont à présent être décrits de manière 5 détaillée. La présente invention concerne un procédé novateur et utile de formation de multiples passages d'écoulement de carburant dans un injecteur de carburant principalement conçu pour être utilisé dans une turbine à 10 gaz. Un passage principal de carburant de la présente invention est formé dans la partie externe d'une structure tubulaire et il a une aire de section transversale réduite par rapport aux passages de carburant classiques. Cette aire de section transversale 15 réduite augmente la vitesse de l'écoulement de carburant et partant le coefficient de transfert thermique (HTC, Heat Transfer Coefficient en anglais) par convection. Cette augmentation du HTC réduit la température locale des parois mouillées pour le passage de carburant, ce qui 20 aide à empêcher le cokage du carburant dans l'injecteur de carburant. Comme illustré sur la figure 1, l'injecteur de carburant 10 comprend une tige ou bras d'alimentation 12 allongé(e). Une bride de montage (non illustrée) peut 25 être fournie au niveau de la partie d'extrémité amont 14 du bras d'alimentation 12 pour permettre à l'injecteur de carburant 10 d'être fixé à une paroi de la chambre de combustion d'une turbine à gaz, de manière classique. Une buse équipée 16 est positionnée au niveau d'une partie 30 d'extrémité aval 18 du bras d'alimentation 12. La buse équipée 16 fournit du carburant atomisé à la chambre de combustion.
Un orifice d'admission de carburant 20 est formé à proximité de la partie d'extrémité amont 14 de l'injecteur de carburant 10. L'orifice d'admission de carburant 20 reçoit du carburant d'une pompe à carburant (non illustrée) associée au moteur à un débit et à une température donnés. L'orifice d'admission de carburant 20 communique avec un tube de carburant allongé 22, qui est entouré d'un manchon tubulaire externe 24. Le manchon tubulaire externe 24 comprend une paroi externe 26 et un alésage qui s'étend à travers une partie centrale du manchon tubulaire pour former une paroi intérieure 28. Le diamètre externe du manchon tubulaire 24 est choisi de manière à ce qu'il ne soit que légèrement supérieur au diamètre externe du tube de carburant allongé 22, de sorte que le tube de carburant 22 s'adapte à l'intérieur de l'alésage du manchon tubulaire 24. Dans un mode de réalisation exemplaire, le tube de carburant 22 est embouti dans l'alésage du manchon tubulaire 24. Un passage principal d'écoulement de carburant 30 est formé à l'intérieur du tube de carburant allongé 22. Dans un premier mode de réalisation exemplaire, le passage principal d'écoulement de carburant 30 s'étend autour du tube de carburant 22 dans le sens de la circonférence, au moins une fois le long de la longueur axiale du tube de carburant 22. La paroi intérieure 28 du manchon tubulaire 24 délimite le passage principal d'écoulement de carburant 30 et forme une partie de la paroi du passage principal d'écoulement de carburant 30. Le passage principal d'écoulement de carburant 30 peut comprendre un ou plusieurs canaux hélicoïdaux formés à l'intérieur du tube de carburant 22 et s' enroulant une ou plusieurs fois autour du tube de carburant 22. Un mode 9 de réalisation exemplaire d'un injecteur de carburant 10 comportant un canal hélicoïdal d'écoulement de carburant 32 est illustré sur les figures 1 et 3. Le pas du canal hélicoïdal 32 peut être choisi de manière à réguler la vitesse d'écoulement à travers le canal. Le pas du canal hélicoïdal 32 est la distance couverte par le canal le long de l'axe longitudinal du bras d'alimentation 12 pour un tour complet du canal hélicoïdal. L'homme du métier comprendra facilement que lorsque les autres paramètres sont maintenus constants, l'augmentation du pas du canal hélicoïdal entraîne la réduction des vitesses d'écoulement de carburant dans le passage principal d'écoulement de carburant, tandis que l'augmentation du pas du canal hélicoïdal entraîne l'augmentation des vitesses d'écoulement de carburant dans le passage principal d'écoulement de carburant. La largeur du canal hélicoïdal 32 peut être choisie ou conçue autrement pour obtenir une vitesse voulue d'écoulement de carburant pour l'injecteur de carburant de la présente invention. Cette flexibilité confère au concepteur de la buse davantage de contrôle sur la chute de pression à travers l'injecteur sans avoir à sacrifier les gains en vitesse d'écoulement et les coefficients de transfert thermique atteints par la réduction de l'aire disponible d'écoulement de carburant dans le passage principal conformément à la méthodologie de la présente invention. Comme illustré sur la figure 3, un passage secondaire d'écoulement de carburant 34 est formé dans une partie centrale du tube de carburant 22 et il s'étend sur la longueur axiale de l'injecteur de carburant 10. Dans un mode de réalisation exemplaire, le passage 10
secondaire d'écoulement de carburant 34 est un passage cylindrique creux ou alésage s'étendant à travers une partie intérieure centrale du tube de carburant 22. Le tube de carburant 22 est configuré pour faciliter le transfert de chaleur entre le passage principal d'écoulement de carburant 30 et le passage secondaire d'écoulement de carburant 34 à la fois par conduction et par convection. Dans un mode de réalisation exemplaire, le tube de carburant 22 est fait d'un matériau qui a une haute conductivité thermique pour faciliter le transfert de chaleur entre le passage principal d'écoulement de carburant 30 et le passage secondaire d'écoulement de carburant 34. Par exemple, le tube de carburant 22 peut être fait de n'importe quel nombre d'alliages de métaux connus dans le métier pour leur haute conductivité t-lermique. Cependant, l'homme du métier comprendra qu'une grande variété de matériaux de conductivité thermique appropriée peut être utilisée pour construire le tube de carburant 22. Dans les conceptions classiques d'injecteurs de carburant à circuits multiples, les passages principal et secondaire d'écoulement de carburant sont souvent formés en utilisant des tubes concentriques. Avantageusement, la formation du passage principal d'écoulement de carburant 30 et du passage secondaire d'écoulement de carburant 34 à partir d'un seul tube de carburant 22 élimine le besoin de compenser la différence des taux de dilatation thermique entre les deux tubes concentriques, comme cela est nécessaire dans les injecteurs de carburant à circuits multiples classiques. En référence à la figure 5, le tube de carburant 22 est représenté sans le manchon tubulaire externe 24 qui l'entoure et associée. Le supérieure 36 circonférence supérieure 40 et une chambre inférieure 42 qui forment une partie du passage principal d'écoulement de carburant 30. Les parois extérieures de la chambre supérieure 40 et de la chambre inférieure 42 sont formées par le manchon tubulaire externe 24. Pendant le fonctionnement de l'injecteur de carburant 10, le carburant s'écoule de l'orifice d'admission de carburant 20 dans la chambre supérieure 40 et à l'intérieur du canal hélicoïdal 32 à travers une entrée de canal 44. Le carburant s'écoule en continu à travers le canal hélicoïdal 32, tandis qu' il s' écoule de manière intermittente à travers le passage secondaire de carburant 34 formé dans l'alésage du tube de carburant 22. À mesure que le carburant s'écoule à travers le canal hélicoïdal 32, de la chaleur est transférée entre le canal hélicoïdal 32 et le passage secondaire d'écoulement de carburant 34 à la fois par conduction et par convection. À l'extrémité inférieure 38 du tube de carburant 22, le carburant qui s'écoule dans le passage principal d'écoulement de carburant 30 quitte le canal hélicoïdal 32 et traverse la chambre inférieure 42 avant de pénétrer dans la buse équipée 16. Le carburant s'écoulant dans le passage secondaire d'écoulement de carburant 34 s'écoule également dans la buse équipée 16. La buse équipée 16 atomise alors le carburant et l'introduit dans la chambre de combustion de la turbine à gaz. la structure d'injecteur de carburant 10 tube de carburant 22 comprend une extrémité et une extrémité inférieure 38 ayant une réduite et formant une chambre 12
Dans un mode de réalisation exemplaire, le passage principal d'écoulement de carburant 30 assure un écoulement continu de carburant pendant le fonctionnement du moteur de turbine à gaz. La vitesse d'écoulement de carburant peut être modifiée en fonction des exigences de puissance pendant chaque phase de fonctionnement du moteur. Au contraire, l'écoulement de carburant dans le passage secondaire d'écoulement de carburant 34 est non continu, à savoir que le carburant s'écoule à travers le passage secondaire d'écoulement de carburant 14 uniquement pendant certaines opérations requérant un accroissement de la puissance du moteur. Par conséquent, le carburant dans le passage secondaire d'écoulement de carburant peut se déplacer très lentement ou pas du tout.
Dans les injecteurs de carburant à circuits multiples classiques la faible vitesse d'écoulement de carburant à travers le passage secondaire d'écoulement de carburant est souvent insuffisante pour transférer correctement la chaleur de manière à l'éloigner du passage secondaire d'écoulement de carburant et empêcher le cokage du carburant à l'intérieur du passage de carburant. Les tubes concentriques des injecteurs de carburant à circuits multiples classiques utilisaient typiquement un passage interne de tube pour former le passage principal de carburant et un passage externe annulaire formé par le diamètre interne du tube externe et le diamètre externe du tube interne. Cette conception classique peut être inadéquate du fait que la température de paroi du carburant dans le passage secondaire peut dépasser les limites du carburant, ce qui peut entraîner :e cokage.
L'injecteur de carburant 10 palie les désavantages de ces conceptions classiques de deux manières. En premier lieu, le passage secondaire d'écoulement de carburant 34 est formé dans l'alésage central du tube de carburant 22 et il est ainsi isolé des températures élevées présentes dans la chambre de combustion et dans l'air ambiant. De plus, le passage principal d'écoulement de carburant 30 entoure le passage secondaire d'écoulement de carburant 34. L'écoulement constant de carburant dans le passage principal d'écoulement de carburant 30 suffit à empêcher le cokage dans le passage principal d'écoulement de carburant et il permet en même temps le transfert de chaleur du passage secondaire d'écoulement de carburant 34 au passage principal d'écoulement de carburant 30 par convection. Dans un mode de réalisation exemplaire, le passage principal d'écoulement de carburant 30 et le passage secondaire d'écoulement de carburant 34 sont en outre protégés de la chaleur de la chambre de combustion par le manchon tubulaire externe 24 qui comprend un matériau d'isolation thermique. Un autre mode de réalisation exemplaire d'un injecteur à carburant selon la présente invention est illustré sur les figures 2, 4 et 6 et il est généralement représenté par le numéro de référence 110. Comme illustré sur la figure 2, l'injecteur de carburant 110 comprend une tige ou bras d'alimentation allongé(e) 112, une partie d'extrémité amont 114 et une buse équipée 116 positionnée sur une partie d'extrémité aval 118 du bras d'alimentation 112. Ces éléments de l'injecteur de carburant 110 sont similaires aux éléments décrits ci- 14 dessus eu égard au mode de réalisation exemplaire illustré sur la figure 1. Un orifice d'admission de carburant 120 est formé à proximité de la partie d'extrémité amont 114 de l'injecteur de carburant 110. L'orifice d'admission de carburant 120 reçoit du carburant d'une pompe à carburant (non illustrée) associée au moteur, à un débit et à une température donnés. L'orifice d'admission de carburant 120 communique avec un tube de carburant allongé 122 qui est entouré d'un manchon tubulaire externe 124. Le manchon tubulaire externe 124 comprend une paroi extérieure 126 et un alésage qui s'étend à travers une partie centrale du manchon tubulaire formant une paroi intérieure 128. Le diamètre externe du manchon tubulaire 124 est choisi de manière à ce qu'il ne soit que légèrement supérieur au diamètre externe du tube de carburant allongé 122, de sorte que le tube de carburant 122 s'adapte à l'intérieur de l'alésage du manchon tubulaire 124. Dans un mode de réalisation exemplaire, le tube de carburant 122 est embouti dans l'alésage du manchon tubulaire 124. Un passage principal d'écoulement de carburant 130 est formé dans le tube de carburant allongé 22. Dans un mode de réalisation exemplaire, le passage principal d'écoulement de carburant 130 s'étend dans le sens de la circonférence autour du tube de carburant 122 au moins une fois le long de la longueur axiale du tube de carburant 122. La paroi intérieure 128 du manchon tubulaire 124 délimite le passage principal d'écoulement de carburant 130 et forme une partie de la paroi du passage principal d'écoulement de carburant 130. 15 Le passage principal d'écoulement de carburant 130 comprend une pluralité de canaux axiaux 132 espacés dans le sens de la circonférence, qui s'étendent sur la longueur axiale du tube de carburant. La pluralité de canaux axiaux peut être divisée en une partie supérieure 148 et une partie inférieure 150. La partie supérieure 148 et la partie inférieure 150 peuvent comprendre chacune une pluralité de canaux axiaux 132 reliés par un canal annulaire central 152. Le canal annulaire central 152 peut avoir une largeur (telle qu'elle est mesurée le long de la longueur axiale du bras d'alimentation 112) qui est supérieure à la largeur (telle qu'elle est mesurée dans un sens perpendiculaire à la longueur axiale du bras d'alimentation 112) des canaux axiaux 132 individuels. Dans un mode de réalisation exemplaire, la largeur du canal annulaire central 152 est supérieure ou égale au double de la largeur des canaux axiaux 132 individuels. Comme illustré sur la figure 4, un passage secondaire d'écoulement de carburant 134 est formé dans une partie centrale du tube de carburant 122 et il s'étend sur la longueur axiale de l'injecteur de carburant 110. Dans un mode de réalisation exemplaire, le passage secondaire d'écoulement de carburant 134 est un passage cylindrique creux ou alésage s'étendant à travers une partie intérieure centrale du tube de carburant 122. Le tube de carburant 122 est configuré pour faciliter le transfert de chaleur entre le passage principal d'écoulement de carburant 130 et le passage secondaire d'écoulement de carburant 134 à la fois par conduction et par convection. 16
Les canaux axiaux 132 peuvent être espacés de manière équidistante autour de la partie cylindrique creuse formant le passage secondaire d'écoulement de carburant 134, comme cela est illustré sur la figure 4.
D'autres agencements des canaux axiaux sont également envisagés par la présente description. Dans un mode de réalisation exemplaire, les canaux axiaux 132 de la partie supérieure 148 peuvent être alignés sur les canaux axiaux 132 de la partie inférieure 150. Dans un autre mode de réalisation exemplaire, les canaux axiaux peuvent être décalés. Les canaux axiaux 132 peuvent aussi être agencés de manière non symétrique autour de la partie centrale du tube de carburant 122, et ils peuvent être espacés de manière non uniforme autour du passage secondaire d'écoulement de carburant 134. Le tube de carburant 122 peut comprendre une pluralité de canaux annulaires similaires au canal annulaire central 152. En référence à la figure 6, le tube de carburant 122 est illustré tel qu'il est utilisé dans le mode de réalisation exemplaire de l'injecteur de carburant 110. Sur cette vue, le tube de carburant 122 est illustré sans le manchon tubulaire externe 124 et la structure environnante de l'injecteur de carburant 110. Le tube de carburant 122 comprend une extrémité supérieure 136 et une extrémité inférieure 138 ayant une circonférence réduite et formant une chambre supérieure 140 et une chambre inférieure 142 qui font partie du passage principal d'écoulement de carburant 130. Les parois extérieures de la chambre supérieure 140 et de la chambre inférieure 142 sont formées par le manchon tubulaire externe 124. Pendant le fonctionnement de l'injecteur de carburant 110, le carburant s'écoule de l'orifice 17 d'admission de carburant 120 à travers la chambre supérieure 140 et dans la pluralité de canaux axiaux 132 de la partie supérieure 148 du tube de carburant 122. Le carburant s'écoule ensuite à partir des canaux axiaux 146 de la partie supérieure 148 à l'intérieur du canal annulaire central 152. À partir du canal annulaire central 152, le carburant s'écoule dans les canaux axiaux 132 de la partie inférieure 150 du tube de carburant 122, à travers la chambre inférieure 142 et à l'intérieur de la buse équipée 116 où il est atomisé et introduit dans la chambre de combustion du moteur de turbine à gaz. À mesure que le carburant s'écoule à travers les canaux axiaux 132 et les autres parties du passage principal d'écoulement de carburant 130, la chaleur est transférée entre le passage principal d'écoulement de carburant 130 et le passage secondaire d'écoulement de carburant 134, à la fois par conduction et par convection. Un procédé de formation d'un bras d'alimentation pour un injecteur de carburant à circuits multiples d'une turbine à gaz est aussi décrit ici. Ce procédé comprend l'étape consistant à fournir le manchon tubulaire externe allongé 24 ayant un alésage central définissant un diamètre interne formé par la paroi intérieure 28 du manchon tubulaire 24. Un tube de carburant 22 est aussi fourni et il comprend un ou plusieurs passages d'écoulement de carburant, tels que les passages d'écoulement de carburant hélicoïdaux 32 représentés sur la figure 1 et le passage cylindrique creux représenté sur la figure 3. Le tube de carburant 22 est ensuite positionné à l'intérieur de l'alésage central du manchon tubulaire externe 24. Pour produire le canal 18
hélicoïdal 32 formant le passage principal d'écoulement de carburant 30, le diamètre externe du tube de carburant 22 est usiné de manière à créer la voie hélicoïdale autour de la circonférence du tube de carburant externe. Dans un mode de réalisation exemplaire, le canal hélicoïdal 32 est formé par un procédé d'usinage, tel le tournage du tube de carburant 22 sur un tour ou un tour à décolleter. Dans un autre mode de réalisation exemplaire, le canal hélicoïdal est formé par usinage par électro-érosion (EDM, Electronic Discharge Machining en anglais). Dans encore un autre mode de réalisation, les passages d'écoulement de carburant dans le tube de carburant 22 sont formés par un procédé de moulage. Similairement, les canaux axiaux de carburant 132 et le canal annulaire central 152 tels qu'ils sont décrits ci-dessus, peuvent être formés par usinage, moulage, ou par d'autres procédés connus dans le métier. Les dispositifs et procédés de la présente invention tels qu'ils sont décrits dans la présente et illustrés sur les dessins, fournissent un injecteur de carburant à circuits multiples pour un moteur de turbine à gaz, empêchant le cokage et permettant un contrôle accru du débit de carburant. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
Claims (16)
1. Bras d'alimentation (12, 112) pour un injecteur de carburant à circuits multiples (10) d'une turbine à gaz, le bras d'alimentation comprenant : (a) un manchon tubulaire allongé (24, 124), ayant un alésage central avec une paroi intérieure (28, 128) définissant un diamètre interne ; (b) un tube de carburant allongé (22, 122) positionné à l'intérieur de l'alésage du manchon tubulaire (24, 124), le tube de carburant ayant une paroi tubulaire définissant un diamètre externe, dans lequel le diamètre externe du tube de carburant est sensiblement égal au diamètre interne de l'alésage central ; (c) un passage principal d'écoulement de carburant (30, 130) formé à l'intérieur de la paroi tubulaire du tube de carburant (22, 122) et délimité par la paroi intérieure du manchon tubulaire (24, 124), le passage principal d'écoulement de carburant s'étendant dans le sens de la circonférence autour du tube de carburant, au moins une fois le long de la longueur axiale du tube de carburant ; et (d) un passage secondaire d'écoulement de carburant (34, 134) s'étendant à travers une partie centrale du tube de carburant (22, 122). :25
2.. Bras d'alimentation (12, 112) selon la revendication 1, dans lequel le tube de carburant (22, 122) est configuré pour faciliter le transfert de chaleur par conduction entre le passage principal d'écoulement decarburant (30, 130) et le passage secondaire d'écoulement de carburant (34, 134).
3. Bras d'alimentation (12, 112) selon la revendication 1, dans lequel le tube de carburant (22, 122) est configuré pour faciliter le transfert de chaleur entre le passage principal d'écoulement de carburant (30, 130) et le passage secondaire d'écoulement de carburant (34, 134) par convection, à mesure que le carburant s'écoule à travers le passage principal d'écoulement de carburant.
4. Bras d'alimentation (12, 112) selon la revendication 1, dans lequel le passage principal d'écoulement de carburant (30, 130) est un canal hélicoïdal, dans lequel le canal hélicoïdal a un pas sélectionné de sorte à produire une vitesse d'écoulement de carburant voulue à un débit de carburant donné.
5. Bras d'alimentation (12, 112) selon la revendication 1, :20 dans lequel le manchon (24, 124) est un manchon d'isolation thermique.
6. Bras d'alimentation (12, 112) selon la revendication 1, dans lequel le passage principal d'écoulement de 25 carburant (30, 130) comprend une pluralité de canaux axiaux (132) espacés dans le sens de la circonférence s'étendant sur une distance prédéterminée le long de la longueur axiale du tube de carburant (22, 122). :30
7. Bras d'alimentation (12, 112) selon la revendication 6, dans lequel la pluralité de canaux axiaux (132) comprend une pluralité de canaux axiaux supérieurs formés dans une 21 partie supérieure (148) du bras d'alimentation, et une pluralité de canaux axiaux inférieurs formés dans une partie inférieure (150) du bras d'alimentation, les canaux axiaux supérieurs et inférieurs étant reliés par un canal annulaire central (152).
8. Bras d'alimentation (12, 112) selon la revendication 7, dans lequel une largeur du canal annulaire central (152) est supérieure à une largeur de chacun de la pluralité de canaux axiaux (132).
9. Bras d'alimentation (12, 112) selon la revendication 6, dans lequel la pluralité de canaux axiaux (132) est espacée de manière équidistante autour de la partie centrale du tube de carburant (22, 122).
10. Procédé de formation d'un bras d'alimentation (12, 112) pour un injecteur de carburant à circuits multiples (10) d'un moteur de turbine à gaz, le procédé comprenant les étapes consistant à : (a) fournir un tube de carburant (22, 122) ayant une paroi tubulaire, un passage central et un diamètre externe ; (b) former un passage d'écoulement de carburant (30, 130) dans la paroi tubulaire du tube de carburant (22, 122) de telle sorte que le passage d'écoulement de carburant s'enroule dans le sens de la circonférence autour du tube au moins une fois le long de la longueur axiale du tube de carburant ; :30 (c) fournir un manchon tubulaire allongé (24, 124) ayant un alésage central définissant un diamètre interne, le 22 diamètre interne étant sensiblement égal au diamètre externe du tube de carburant (22, 122) ; et d) positionner le tube de carburant (22, 122) à l'intérieur de l'alésage central du manchon tubulaire.
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le passage d'écoulement de carburant (30, 130) est un passage hélicoïdal. 10
12. Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'étape consistant à former le passage d'écoulement de carburant (30, 130) comprend l'usinage d'un canal hélicoïdal (32) dans une surface externe de la paroi tubulaire. 15
13. Procédé selon la revendication 10, dans lequel les étapes consistant à fournir un tube de carburant (22, 122) e= former le passage d' écoulement de carburant (30, 130) dans la paroi tubulaire comprennent le moulage du tube de 20 carburant (22, 122) avec un canal hélicoïdal (32, 132) intégral formé dans la surface externe de la paroi tubulaire.
14. Procédé selon la revendication 10, dans lequel 25 l'étape consistant à former le passage d'écoulement de carburant (30, 130) dans la paroi tubulaire comprend l'usinage d'une pluralité de passages axiaux s'étendant sur une distance prédéterminée le long d'une longueur axiale du tube de carburant (22, 122). .30
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel la pluralité de passages axiaux est espacée de manière5équidistante dans le sens de la circonférence autour du passage central du tube de carburant.
16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel l'étape consistant à usiner le passage d'écoulement de carburant comprend en outre l'usinage d'un canal annulaire central (152) reliant une pluralité de passages axiaux supérieurs à une pluralité de passages axiaux inférieurs.
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