FR2942640A1 - Chambre de post-combustion pour turbomachine - Google Patents

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Abstract

Chambre de post-combustion comprenant un anneau brûleur (64) dans lequel est logée une rampe annulaire de carburant percée d'orifices et montée à l'intérieur d'un tube annulaire de protection thermique (56), et une bougie d'allumage débouchant à l'intérieur de l'anneau brûleur (64), le tube de protection (56) et l'anneau brûleur (64) comportant des orifices de passage d'air (46), la chambre comprenant également des moyens de ventilation des orifices de la rampe de carburant situés au voisinage immédiat de la bougie.

Description

1 CHAMBRE DE POST-COMBUSTION POUR TURBOMACHINE La présente invention concerne une chambre de post-combustion d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur d'avion à double flux. De façon classique, un turboréacteur à post-combustion comprend d'arnont en aval dans le sens d'écoulement des gaz, au moins un compresseur, une chambre de combustion, et au moins une turbine et un cana de réchauffe ou chambre de post-combustion. La chambre de post-combustion comprend en général un anneau brûleur ouvert vers l'aval dans lequel est montée une rampe d'éjection de carburant placée dans un tube annulaire de protection thermique. La rampe d'éjection est reliée à des moyens d'alimentation en carburant et comporte des trous d'éjection orientés vers l'aval et alignés avec des trous du tube de protection thermique. Une bougie est montée sur l'anneau brûleur et débouche à l'intérieur de l'anneau à proximité de la rampe de carburant pour enflammer le carburant. Des orifices de passage d'air sont formés dans l'anneau brûleur et dans la paroi amont du tube de protection thermique. Toutefois, dans la technique connue, au voisinage immédiat de la bougie, les orifices de l'anneau brûleur sont de petit diamètre comparativement aux orifices plus éloignés et le tube de protection thermique est dépourvu d'orifices à cet endroit pour favoriser l'allumage de la post-combustion par la bougie. En fonctionnement, les trous d'éjection de carburant au voisinage de la bougie sont toutefois soumis à un phénomène de cokéfaction du carburant en raison de la chaleur intense régnant dans cette zone, ce phénomène conduisant à une obturation au moins partielle des trous d'éjection de carburant au voisinage de la bougie et à des difficultés ou défauts d'allumage de la chambre post-combustion. L'invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients.
Elle propose à cet effet, une chambre de post-combustion pour une turbomachine, comprenant un anneau brûleur dans lequel est logée une rampe annulaire de carburant percée d'orifices et montée à l'intérieur d'un tube annulaire de protection thermique, et une bougie d'allumage débcuchant à l'intérieur de l'anneau brûleur, le tube de protection et l'anneau brûleur comportant des orifices de passage d'air, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de ventilation des orifices de la rampe de carburant situés au voisinage immédiat de la bougie. Cette ventilation spécifique des orifices de la rampe de carburant au voisinage immédiat de la bougie évite la cokéfaction de ces orifices et résout les problèmes d'allumage de la post-combustion. La quantité d'air amenée au niveau de la bougie est inchangée, seule la circulation du flux d'air au niveau des orifices de la rampe est modifiée, ce qui permet de ne pas modifier la richesse du mélange air-carburant (rapport du débit de carburant sur le débit d'air associé) et ainsi de conserver les mêmes performances de la chambre de post-combustion. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de ventilation comprennent des orifices formés dans la paroi amont du tube de protection et orientés vers la bougie, ce qui permet de diriger préférentiellement l'air de ventilation vers les orifices d'éjection de la rampe voisins de la bougie. Avantageusement, les orifices de la paroi amont du tube de protection sont alignés avec des orifices de passage d'air de l'anneau brûleur, ce qui permet d'orienter directement une partie du flux d'air vers les orifices de la rampe au voisinage immédiat de la bougie et optimise ainsi la ventilation pour éviter la formation de coke. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, la paroi amont du tube de protection comprend quatre orifices formant avec quatre orifices de l'anneau brûleur quatre paires d'orifices convergeant vers la bougie.
De préférence, les quatre orifices de l'anneau brûleur comprennent deux orifices de passage d'air de plus grand diamètre de part et d'autre de la bougie et deux orifices de plus petit diamètre situés au niveau de la bougie entre les deux orifices de plus grand diamètre. Les orifices du tube de protection faisant partie des paires précitées peuvent avoir sensiblement le même diamètre que les orifices de plus petit diamètre de l'anneau brûleur. L'invention concerne également un turboréacteur comprenant une chambre annulaire de post-combustion du type décrit précédemment, cet anneau pouvant être agencé dans un flux d'air secondaire. L'invention sera mieux comprise et d'autres détails, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : s figure 1 est une vue schématique partielle en coupe axiale d'une chambre de post-combustion selon la technique antérieure ; û la figure 2 est une vue schématique en perspective avec arrachement partiel de l'anneau brûleur de la chambre de post-combustion de la ligure 1; la figure 3 est une vue schématique en perspective depuis l'amont de l'anneau brûleur de la figure 2 ; la figure 4 est une vue schématique en perspective depuis l'amont d'un :snneau brûleur d'une chambre de post-combustion selon l'invention. On se réfère tout d'abord aux figures 1 et 2 qui représentent une chambre connue de post-combustion 10, située entre la turbine et la tuyère de sortie d'un turboréacteur à double flux.
La chambre de post-combustion 10 comprend une paroi sensiblement cylindrique 12 de séparation des flux primaire (flèche A) et secondaire (flèche B), qui est montée à l'intérieur d'un carter cylindrique externe d'échappement 14 et autour d'un cône d'échappement 18 du turboréacteur. La paroi 12 et le carter 14 délimitent entre eux une veine annulaire externe dans laquelle s'écoule le flux froid ou flux secondaire (flèche B) du turboréacteur, généré par une soufflante à l'amont du turbcréacteur et servant à augmenter la poussée et à ventiler des composants du turboréacteur. La paroi 12 délimite avec le cône d'échappement 18 une veine annulaire interne dans laquelle s'écoule le flux chaud ou flux primaire (flèche A) du turboréacteur, qui est constitué par les gaz d'échappement de la chambre de combustion du turboréacteur. Le flux primaire et le flux secondaire sont mélangés partiellement en aval de la paroi 12 de manière à augmenter la poussée du turboréacteur. Des bras accroche-flammes 20 s'étendent radialement à l'intérieur du flux d'air primaire sortant de la turbine, leurs extrémités radialement externes comportant des pattes 22 traversant le flux d'air secondaire pour la fixation des bras accroche-flammes 20 au carter externe 14. Un anneau brûleur 24 comprenant une ouverture annulaire vers l'aval est monté sur les extrémités radialement externes des bras accroche-flammes 20 à l'intérieur du flux d'air secondaire. Une rampe d'éjection de carburant est logée à l'intérieur de l'anneau brûleur 24 et est reliée à des moyens d'alimentation en carburant extérieurs au carter 14 par des conduits coudés 26 passant axialement entre les pattes 22 de fixation des bras 20. Comme représenté sur la figure 2, la rampe de carburant 28 est montée à l'intérieur d'un tube annulaire 30 protégeant la rampe du rayonnement des flammes en aval. Elle comprend des paires d'orifices d'éjection de carburant 32, 34 répartis régulièrement autour de l'axe du turboréacteur. Les orifices d'une même paire sont situés par exemple dans un même plan axial et sont formés dans la paroi aval de la rampe 28.
Le tube de protection 30 comprend des paires d'orifices 36, 38 alignés coopérant avec les paires d'orifices 32, 34 de la rampe 28 et ayant un plus grand diamètre que les orifices 32, 34 de la rampe 28 en raison de l'ouverture du jet de carburant. Une bougie (non représentée) est engagée dans un manchon 39 de manière à ce que ses électrodes d'allumage débouchent à l'intérieur de l'anneau brûleur 24 et en aval de la rampe de carburant 28.
I_ anneau brûleur 24 a une section en V et des parois radialement interne 40 et externe 42 qui s'étendent vers l'aval. La paroi amont 44 de l'anneau brûleur est arrondie convexe et comprend des orifices axiaux 46 de passage d'air répartis sur sa circonférence dont deux 48 situés au niveau de la bougie sont de plus petit diamètre que les autres orifices 46. Les orifices 46 de grand diamètre sont alignés axialement avec des orifices 47 de la paroi amont du tube de protection 30, mais non les orifices 48 de petit diamètre et les deux orifices 50 de grand diamètre situés de part et d'autre de la bougie et encadrant les deux orifices 48 de petit diamètre.
En fonctionnement, le carburant est éjecté par les orifices 32, 34 de la rampe 28 à travers les orifices 36, 38 du tube de protection 30 et vient impacter les parois interne 40 et externe 42 de l'anneau brûleur 24, ce qui conduit à une pulvérisation du carburant. Cette configuration induit en fonctionnement la formation de coke au niveau des orifices 30, 32 d'éjection de carburant au voisinage immédiat de la bougie, conduisant à des problèmes d'allumage de la post-combustion. L'invention apporte une solution à ce problème en intégrant des moyens de ventilation des orifices 30, 32 de la rampe 28 situés au voisinage immédiat de la bougie. Ces moyens comprennent des orifices 52, 54 formés dans la paroi amont du tube de protection 56. Ces orifices 52, 54 sont orientés vers l'axe 58 de la bougie et sont inclinés par rapport à l'axe du turboréacteur. Dans une réalisation particulière de l'invention représentée en figure 4, le tube de protection thermique comprend quatre orifices 52, 54 orientés vers l'axe 58 de la bougie et espacés angulairement les uns des autres. Ces orifices 52, 54 sont associés à quatre orifices 60, 62 de l'anneau brûleur dont deux 62 sont de grand diamètre et situés de part et d'autre de la bougie et deux autres 60 de plus petit diamètre sont situés entre les orifices 62 de grand diamètre.
Les quatre orifices 60, 62 de l'anneau brûleur 64 et du tube de protection 56 forment ainsi quatre paires d'orifices alignés par deux sur des axes convergeant vers la bougie. En fonctionnement, l'air entrant dans l'anneau brûleur 64 par l'intermédiaire de ces quatre orifices 60, 62 passe à travers les quatre orifices 52, 54 du tube de protection thermique 56 et permet de refroidir spécifiquement les orifices 32, 34 de la rampe de carburant 28 situés au voisinage de la bougie, ce qui évite l'obturation de ces orifices et favorise l'allumage de la post-combustion.
L'intégration au voisinage immédiat de la bougie d'orifices dans la paroi amont du tube de protection 56 ne modifie pas le rapport du débit de carburant sur le débit d'air (richesse carburant) au niveau de la bougie, puisque les orifices 60, 62 de l'anneau brûleur 64 sont identiques à ceux de la technique antérieure.
Les orifices 52, 54 du tube de protection thermique 56 ont sensiblement le même diamètre que les orifices de petit diamètre 60 de l'anneau brûleur 64, ce diamètre étant par exemple compris entre environ 0,6 mm et 1 mm. Les orifices de ventilation de l'anneau brûleur et du tube de protection sont réalisés de manière à être symétriques par rapport à un plan contenant l'axe de la bougie afin de garantir une ventilation uniforme entre le tube et la rampe de carburant au niveau de la bougie. [)'autres configurations peuvent être réalisées et l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus. En particulier, le nombre d'orifices du tube de protection thermique et de l'anneau brûleur au voisinage immédiat de la bougie peut être modifié.

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Chambre de post-combustion (10) pour une turbomachine comprenant un anneau brûleur (64) dans lequel est logée une rampe annulaire de carburant (28) percée d'orifices (32, 34) et montée à l'intérieur d'un 'tube annulaire de protection thermique (56), et une bougie d'allumage déboJchant à l'intérieur de l'anneau brûleur (64), le tube de protection (56) et l'anneau brûleur (64) comportant des orifices de passage d'air (46, 47), caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de ventilation des orifices (32, :34) de la rampe de carburant situés au voisinage immédiat de la bougie.
  2. 2. Chambre selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de ventilation précités comprennent des orifices (52, 54) formés dans la parci amont du tube de protection (56) et orientés vers la bougie.
  3. 3. Chambre selon la revendication 2, caractérisée en ce que les orifices (52, 54) de la paroi amont du tube de protection (56) sont alignés avec des orifices de passage d'air (60) de l'anneau brûleur.
  4. 4. Chambre selon la revendication 3, caractérisée en ce que la paroi amont du tube de protection comprend quatre orifices (52, 54) formant avec quatre orifices (60, 62) de l'anneau brûleur (64) quatre paires d'orifices convergeant vers la bougie.
  5. 5. Chambre selon la revendication 4, caractérisée en ce que les quatre orifices (60, 62) de l'anneau brûleur comprennent (64) deux orifices de passage d'air (62) de plus grand diamètre de part et d'autre de la bougie et deux orifices (60) de plus petit diamètre situés au niveau de la bougie entre les deux orifices (62) de plus grand diamètre.
  6. 6. Chambre selon la revendication 5, caractérisée en ce que les orifices (52, 54) du tube de protection (56) faisant partie des paires précitées ont sensiblement le même diamètre que les orifices (60) de plus petit diamètre de l'anneau brûleur (64).
  7. 7. Turboréacteur, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre annuaire de post-combustion selon l'une des revendications précédentes.
  8. 8. Turboréacteur selon la revendication 7, caractérisée en ce que l'anneau brûleur (64) est agencé dans un flux d'air secondaire.5
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