FR2952166A1 - Dispositif melangeur de carburant pour chambre de combustion de turbomachine comprenant des moyens ameliores d'alimentation en air - Google Patents

Abstract

Dispositif mélangeur de carburant (48) pour chambre annulaire de combustion de turbomachine, comprenant un organe (18) de centrage d'une tête d'injecteur de turbomachine, au moins une couronne d'admission d'air (22) comprenant des ailettes (66) permettant la giration de l'air, un bol (24) pourvu d'une rangée annulaire d'orifices d'admission d'air (42), une cavité annulaire (44) communiquant avec lesdits orifices d'admission d'air (42), et des canaux (72) ménagés au travers desdites ailettes (66) pour l'alimentation en air de ladite cavité annulaire (44).

Description

DISPOSITIF MELANGEUR DE CARBURANT POUR CHAMBRE DE COMBUSTION DE TURBOMACHINE COMPRENANT DES MOYENS AMELIORES D'ALIMENTATION EN AIR DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention se rapporte au domaine des systèmes d'injection d'air et de carburant équipant les chambres annulaires de combustion des turbomachines, telles par exemple que les turbomachines d'aéronef, et plus particulièrement les turboréacteurs ou turbopropulseurs d'avion. Elle concerne en particulier les dispositifs mélangeurs d'air et de carburant, parfois simplement appelés « mélangeurs », du type formés d'une structure de révolution, qui comprend des moyens de centrage de la tête d'un injecteur de carburant sur l'axe du dispositif, et qui délimite un espace dédié au mélange du carburant provenant de l'injecteur avec de l'air admis dans cet espace par des orifices du dispositif. Dans ce qui suit, on appelle « système d'injection » l'ensemble formé par un injecteur et un dispositif mélangeur. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE La figure 1 décrit très schématiquement un système d'injection 10 comprenant un injecteur de carburant 12 et un dispositif mélangeur 14 d'un type connu équipant une paroi de fond d'une chambre de combustion (non visible sur la figure 1). 2 Plus précisément, le dispositif mélangeur 14 comprend, de l'amont vers l'aval selon la direction générale 16 de l'écoulement du carburant dans ce dispositif 14, un organe 18 de centrage d'une tête 20 de l'injecteur 12, une couronne d'admission d'air 22, et une paroi annulaire 24 évasée vers l'aval, appelée « bol » dans ce qui suit. L'organe de centrage 18 est formé d'une pièce annulaire évasée vers l'amont, parfois appelée « traversée coulissante ». La couronne d'admission d'air 22 comporte des ailettes pour imprimer à l'air passant dans cette couronne un mouvement de giration autour d'un axe longitudinal 23 du dispositif 14. Pour cette raison, cette couronne 22 est couramment appelée « vrille ». Le bol 24 est destiné à guider en sortie du système d'injection 10 un mélange d'air et de carburant destiné à s'enflammer dans la zone primaire de la chambre de combustion.

D'une manière bien connue, le dispositif mélangeur 14 comprend une languette annulaire d'indexage 26 engagée entre deux parois radiales 28 solidaires du fond de la chambre de combustion pour assurer un blocage axial du dispositif 14, tout en autorisant un débattement radial de ce dernier. La languette d'indexage 26 est reliée au bol 24 par une paroi annulaire 30 s'étendant en amont depuis une partie radialement externe 32 de ce bol 24, qui forme une collerette de protection thermique.

La paroi annulaire 30 précitée comprend une partie sensiblement cylindrique de révolution 34 3 raccordée à son extrémité amont à la languette d'indexage 26, et une partie sensiblement radiale 36 dont l'extrémité radialement interne est raccordée au bol 24 et dont l'extrémité radialement externe est raccordée à la partie cylindrique de révolution 34 précitée. L'étendue axiale de la partie cylindrique 34 de la paroi annulaire 30 détermine le positionnement axial de la languette d'indexage 26 par rapport à l'extrémité aval du bol 24, tandis que l'étendue radiale de la partie radiale 36 de cette paroi annulaire 30 détermine le positionnement radial de sa partie cylindrique 34 par rapport à un déflecteur annulaire 38.

La partie radiale 36 de la paroi annulaire 30 précitée comporte en outre une rangée annulaire d'orifices 40 de passage d'un flux d'air de refroidissement de la partie radialement externe 32 du bol 24.

Par ailleurs, le bol 24 comporte une rangée annulaire d'orifices 42 d'admission d'air dans la chambre de combustion. Ces orifices d'admission d'air 42 sont alimentés en air par une cavité annulaire 44 qui est délimitée par le bol 24, par la paroi annulaire 30 reliant ledit bol à la languette d'indexage 26, et par le flanc aval de la couronne d'admission 22. La cavité annulaire 44 possède une ouverture annulaire d'entrée d'air 46 ménagée entre la couronne d'admission d'air 22 et la paroi annulaire 30 précitée. 4 Dans les dispositifs mélangeurs du type décrit ci-dessus, l'ouverture annulaire 46 de la cavité 44 doit être suffisamment étendue pour permettre l'alimentation des orifices d'admission d'air 42 du bol 24, ainsi que l'alimentation des orifices d'admission d'air 40 de la partie radiale 36 de la paroi annulaire 30, avec un débit d'air suffisant pour permettre un bon fonctionnement de la chambre de combustion.

Or, il est parfois souhaitable de réduire l'encombrement axial et/ou l'encombrement radial des dispositifs mélangeurs, et en particulier de réduire l'étendue axiale de leur bol de manière à rapprocher la sortie de ces dispositifs de la tête d'injecteur 20 supportée par ces dispositifs. Cependant, dans le cas d'un dispositif du type décrit ci-dessus, cela se traduit par une réduction de l'ouverture d'entrée d'air de la cavité annulaire d'alimentation des orifices d'admission d'air du bol, de nature à induire une réduction inacceptable du débit d'air alimentant ces orifices. EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, économique et efficace à ce problème. Elle a pour objet un dispositif mélangeur de carburant pour chambre annulaire de combustion de turbomachine, qui soit d'un encombrement axial réduit tout en permettant une bonne alimentation en air des orifices d'admission d'air ménagés dans le bol du dispositif.

L'invention propose à cet effet un dispositif mélangeur de carburant pour chambre annulaire de combustion de turbomachine d'aéronef, comprenant, centrés sur un axe longitudinal de ce 5 dispositif, un organe de centrage d'une tête d'injecteur de turbomachine, au moins une couronne d'admission d'air comprenant des ailettes permettant la giration de l'air autour de l'axe longitudinal, un bol pourvu d'une rangée annulaire d'orifices d'admission d'air, et une cavité annulaire communiquant avec les orifices d'admission d'air du bol. Selon l'invention, le dispositif comprend des canaux, ménagés au travers des ailettes précitées, pour l'alimentation en air de la cavité annulaire communiquant avec les orifices d'admission d'air du bol. Les canaux ménagés au travers des ailettes de la couronne d'admission d'air permettent d'alimenter en air la cavité annulaire communiquant avec les orifices d'admission d'air du bol, et permettent ainsi d'éviter le recours à une ouverture annulaire, comme dans les dispositifs de type connu. Une combinaison de canaux du type décrit ci-dessus avec une ouverture annulaire reste toutefois possible dans le cadre de l'invention, lorsque cela présente un intérêt. D'une manière générale, l'invention rend ainsi possible la conception de dispositifs mélangeurs qui soient moins encombrants axialement et/ou radialement.

L'invention permet en particulier de rapprocher la tête de l'injecteur supportée par un tel 6 dispositif, ainsi que la couronne d'admission d'air de ce dispositif, de l'extrémité aval du dispositif, c'est-à-dire de la sortie de celui-ci. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, chacun des canaux des ailettes de la couronne d'admission d'air est aligné avec un orifice correspondant menagé dans une paroi annulaire délimitant en aval la couronne d'admission d'air et délimitant en amont ladite cavité annulaire.

De cette manière, les canaux des ailettes de la couronne d'admission d'air débouchent en aval dans la cavité annulaire au travers de la paroi annulaire délimitant en aval la couronne d'admission d'air. Cette paroi s'étend en général parallèlement à la direction radiale. De plus, la paroi annulaire délimitant en aval la couronne d'admission d'air comporte avantageusement une portée cylindrique montée sur une partie amont formant manchon du bol.

La paroi annulaire précitée permet ainsi de solidariser l'ensemble formé de l'organe de centrage de tête d'injecteur et de la couronne d'admission d'air, au bol. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le bol comporte une partie annulaire située radialement à l'extérieur par rapport aux orifices d'admission d'air de ce bol et raccordée à une paroi annulaire de support d'une languette d'indexage en saillie radialement vers l'extérieur destinée au montage du dispositif dans une paroi annulaire de fond de chambre de combustion, la paroi annulaire de support 7 précitée s'étendant vers l'amont depuis le bol et étant raccordée à étanchéité à la paroi annulaire délimitant en aval la couronne d'admission d'air. De cette façon, la cavité annulaire est fermée par la paroi annulaire de support précitée et par la paroi annulaire délimitant en aval la couronne d'admission d'air. Cette cavité est ainsi dépourvue d'ouverture annulaire, mais peut être alimentée en air par les canaux des ailettes de la couronne d'admission d'air. Cette configuration permet de réduire au mieux l'étendue axiale et/ou radiale du dispositif mélangeur. Préférentiellement, la paroi annulaire de support précitée comporte une partie annulaire en surépaisseur dans laquelle sont ménagés des canaux internes d'amenée d'air débouchant en regard d'une collerette de protection thermique formant l'extrémité radialement externe du bol.

Les canaux internes précités permettent de diffuser sur la collerette de protection thermique un flux d'air de refroidissement, qui est de préférence prélevé en amont du dispositif. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, chacun des canaux des ailettes de la couronne d'admission d'air est aligné avec un orifice correspondant menagé dans une paroi annulaire délimitant en amont la couronne d'admission d'air et solidaire de l'organe de centrage de tête d'injecteur.

Les canaux des ailettes de la couronne d'admission d'air traversent ainsi cette couronne 8 d'admission d'air depuis l'extrémité amont jusqu'à l'extrémité aval de celle-ci. Avantageusement, la couronne d'admission d'air est partagée en deux parties annulaires par un organe de séparation de part et d'autre duquel s'étendent les ailettes de cette couronne d'admission d' air. Cette caractéristique, connue en tant que telle, permet de définir dans la couronne d'admission d'air un premier passage d'air annulaire, débouchant autour de la tête d'injecteur à proximité de cette dernière, et un second passage d'air annulaire, s'étendant et débouchant en aval du premier passage. D'une manière connue en soi, l'organe de séparation précité comporte de préférence une partie radialement interne à profil interne de type convergent-divergent, destinée à l'aspiration, par effet venturi, de carburant pulvérisé par la tête d'un injecteur supporté par le dispositif, cet organe de séparation étant pour cette raison parfois appelé « venturi ». L'organe de séparation est avantageusement réalisé d'un seul tenant avec les ailettes de la couronne d'admission d'air.

L'invention concerne également une chambre annulaire de combustion pour turbomachine, équipée d'une pluralité de dispositifs mélangeurs du type décrit ci-dessus. L'invention concerne encore une turbomachine, comprenant une chambre annulaire de combustion du type décrit ci-dessus. 9 BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise, et d'autres détails, avantages et caractéristiques de celle-ci apparaîtront à la lecture de la description suivante faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1, déjà décrite, est une vue schématique partielle en coupe axiale d'un système d'injection pour chambre de combustion de turbomachine d'un type connu ; la figure 2 est une vue schématique partielle en perspective, avec un plan de coupe axial, d'un dispositif mélangeur selon un mode de réalisation préféré de l'invention, équipant le fond d'une chambre de combustion de turbomachine ; la figure 3 est une vue schématique en perspective d'une couronne d'admission d'air du dispositif de la figure 2, représentée isolée de ce dispositif. Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PREFERES La figure 2 illustre un dispositif mélangeur de carburant 48 monté dans la paroi annulaire de fond 50 d'une chambre de combustion 52 d'une turbomachine d'aéronef, telle par exemple qu'un turboréacteur d'avion. La couronne d'admission d'air 22 de ce dispositif 48 est délimitée en amont par une paroi annulaire radiale 54 formée à l'extrémité aval de l'organe de centrage 18, et en aval par une paroi 10 annulaire radiale 56, parfois appelée « coupelle ». Cette dernière comporte une portée cylindrique de révolution 58 fixée sur une partie d'extrémité 60 formant manchon du bol 24.

La couronne d'admission d'air 22 est partagée en deux parties par un organe de séparation 62, représenté isolé sur la figure 3. L'organe de séparation 62 est formé d'une paroi présentant une partie radialement externe 64 qui s'étend radialement et qui intègre les ailettes 66 de la couronne d'admission d'air 22, lesquelles ailettes s'étendent de part et d'autre de ladite paroi. La paroi formant l'organe de séparation 62 présente en outre une partie radialement interne 68 à profil interne 69 de type convergent-divergent. L'organe de séparation 62 permet de définir dans la couronne d'admission d'air 22 un premier passage d'air annulaire 70, en amont, et un second passage d'air annulaire 71, en aval (figure 2).

Chaque ailette 66 de la couronne d'admission d'air 22 est traversée par un canal 72 qui est ménagé dans ladite ailette et qui s'étend sensiblement selon la direction axiale, en regard d'un orifice 74 correspondant de la paroi annulaire radiale 54 délimitant en amont la couronne d'admission d'air 22, et en regard d'un orifice 76 correspondant de la paroi annulaire radiale 56 délimitant en aval ladite couronne d'admission d'air 22. Les canaux 72 des ailettes 66 de la couronne d'admission d'air 22 débouchent en aval dans la cavité annulaire 44 délimitée par le bol 24, par la 11 paroi annulaire 30 supportant la languette d'indexage 26, et par la paroi annulaire radiale 56 délimitant en aval la couronne d'admission d'air 22. La paroi annulaire 30 supportant la languette d'indexage 26 est fixée à étanchéité à son extrémité amont à l'extrémité radialement externe de la paroi annulaire radiale 56 délimitant en aval la couronne d'admission d'air 22, de sorte que la cavité annulaire 22 est fermée, et ne communique en amont avec l'extérieur de la chambre de combustion qu'au travers des canaux 72 ménagés dans les ailettes 66 de la couronne d'admission d'air 22. De plus, la paroi annulaire 30 supportant la languette d'indexage 26 comporte une partie annulaire en surépaisseur 78 dans laquelle sont ménagés des canaux internes d'amenée d'air 80 qui débouchent, à leur extrémité amont, à l'extérieur du dispositif mélangeur 48, et à leur extrémité aval, en regard de la partie radialement externe 32 du bol 24 qui forme collerette de protection thermique. En fonctionnement, une tête d'injecteur de carburant (non représentée sur les figures 2 et 3) est insérée dans l'organe de centrage 18 et pulvérise du carburant sous forme de fines gouttelettes vers l'aval.

Un flux d'air pénètre en amont dans le dispositif 48 en passant dans le premier passage annulaire 70 de la couronne d'admission d'air 22, dont les ailettes 66 provoquent la giration de ce flux d' air.

Le flux d'air précité se mélange ensuite au carburant provenant de l'injecteur.

12 Une partie du carburant est entraînée vers l'aval par effet venturi en s'écoulant le long du profil interne 69 de l'organe de séparation 62, et est pulvérisée au niveau de l'extrémité aval de ce profil interne 69. Un autre flux d'air pénètre en aval dans le dispositif en passant dans le second passage annulaire 71 de la couronne d'admission d'air 22, dont les ailettes 66 provoquent également la giration de ce flux d'air. Le flux d'air précité est ensuite guidé vers l'aval par la partie interne 68 de l'organe de séparation 62. Par ailleurs, de l'air pénètre dans les canaux 72 ménagés dans les ailettes 66 pour alimenter la cavité annulaire 44 puis la chambre de combustion 52 via les orifices d'admission d'air 42 du bol 24. De plus, un flux d'air s'écoule également de l'amont vers l'aval dans les canaux 80 de la paroi annulaire 30 supportant la languette d'indexage 26. Ce flux d'air permet de ventiler et de refroidir la partie radialement externe 32 du bol 24, qui protège le dispositif du rayonnement thermique provenant de l'intérieur de la chambre de combustion 52. D'un point de vue général, le dispositif 48 présente un encombrement axial réduit du fait d'un rapprochement entre la couronne d'admission d'air 22 et la paroi annulaire 30 supportant la languette d'indexage 26 et solidaire du bol 24, rendu possible par l'invention.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif mélangeur de carburant (48) pour chambre annulaire de combustion de turbomachine d'aéronef, comprenant, centrés sur un axe longitudinal (23) du dispositif, un organe (18) de centrage d'une tête d'injecteur de turbomachine, au moins une couronne d'admission d'air (22) comprenant des ailettes (66) permettant la giration de l'air autour dudit axe longitudinal (23), un bol (24) pourvu d'une rangée annulaire d'orifices d'admission d'air (42), et une cavité annulaire (44) communiquant avec lesdits orifices d'admission d'air (42), caractérisé en ce que qu'il comprend des canaux (72), ménagés au travers desdites ailettes (66), pour l'alimentation en air de ladite cavité annulaire (44).
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun des canaux (72) desdites ailettes (66) est aligné avec un orifice correspondant (76) ménagé dans une paroi annulaire (56) délimitant en aval ladite couronne d'admission d'air (22) et délimitant en amont ladite cavité annulaire (44).
3. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite paroi annulaire (56) délimitant en aval ladite couronne d'admission d'air (22) comporte une portée cylindrique (58) montée sur une partie amont formant manchon (60) dudit bol (24). 14
4. 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit bol (24) comporte une partie annulaire située radialement à l'extérieur par rapport auxdits orifices d'admission d'air (42) dudit bol (24) et raccordée à une paroi annulaire (30) de support d'une languette d'indexage (26) en saillie radialement vers l'extérieur destinée au montage dudit dispositif (48) dans une paroi annulaire de fond (50) de chambre de combustion (52), ladite paroi annulaire de support (30) s'étendant vers l'amont depuis ledit bol (24) et étant raccordée à étanchéité à ladite paroi annulaire (56) délimitant en aval ladite couronne d'admission d'air (22).
5. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite paroi annulaire de support (30) comporte une partie annulaire en surépaisseur (78) dans laquelle sont ménagés des canaux internes d'amenée d'air (80) débouchant en regard d'une collerette de protection thermique (32) formant l'extrémité radialement externe dudit bol (24).
6. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chacun des canaux (72) desdites ailettes (66) est aligné avec un orifice correspondant (74) ménagé dans une paroi annulaire (54) délimitant en amont ladite couronne d'admission d'air (22) et solidaire dudit organe (18) de centrage de tête d'injecteur.
7. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite 15 couronne d'admission d'air (22) est partagée en deux parties annulaires (70, 71) par un organe de séparation (62) de part et d'autre duquel s'étendent lesdites ailettes (66) de ladite couronne d'admission d'air (22).
8. 8. Chambre annulaire de combustion (52) pour turbomachine, caractérisée en ce qu'elle est équipée d'une pluralité de dispositifs mélangeurs de carburant (48) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7.
9. 9. Turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend une chambre annulaire de combustion (52) selon la revendication 8.