FR2975467A1

FR2975467A1 - Fuel injection system for annular combustion chamber of e.g. turbojet of aircraft, has swirler including blades defining channels, where trailing edges of blades extend on widened truncated surface around longitudinal axis

Info

Publication number: FR2975467A1
Application number: FR1154303A
Authority: FR
Inventors: Denis Jean Maurice Sandelis; Didier Hippolyte Hernandez
Original assignee: SNECMA SAS
Current assignee: Safran Aircraft Engines SAS
Priority date: 2011-05-17
Filing date: 2011-05-17
Publication date: 2012-11-23
Anticipated expiration: 2031-05-17
Also published as: FR2975467B1

Abstract

The system has a support unit (140) for supporting and centering a head (130) of a fuel injector. A truncated mixing bowl (142) is arranged downstream of the support unit. A radial swirler (134) is located between the support unit and the bowl. The swirler includes blades (180) defining radial channels for passage of air flow. The channels are contained within a radial plane. Trailing edges (178) of the blades extend on a widened truncated surface around a longitudinal axis of the system. The swirler includes a cylindrical peripheral edge (189) fixed on a venturi nozzle (138).

Description

Système d'injection de carburant pour une chambre de combustion de turbomachine Fuel injection system for a turbomachine combustion chamber

La présente invention concerne un système d'injection de carburant pour une chambre annulaire de combustion d'une turbomachine telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion. Une chambre annulaire de combustion comprend deux parois de révolution, respectivement interne et externe, reliées entre elles à leurs extrémités amont par une paroi annulaire de fond de chambre comportant des orifices dans chacun desquels est monté un système d'injection de carburant. Les demandes FR-A1-2 918 716, FR-A1-2 925 146 et FR-A1-2 941 288 décrivent des systèmes d'injection de carburant pour turbomachine. The present invention relates to a fuel injection system for an annular combustion chamber of a turbomachine such as an airplane turbojet or turboprop. An annular combustion chamber comprises two walls of revolution, respectively internal and external, interconnected at their upstream ends by an annular chamber bottom wall having orifices in each of which is mounted a fuel injection system. Applications FR-A1-2 918 716, FR-A1-2 925 146 and FR-A1-2 941 288 describe fuel injection systems for a turbomachine.

Un système d'injection classique comprend des moyens de support et de centrage d'une tête d'injecteur, et des vrilles primaire et secondaire qui sont montées en aval des moyens de support, coaxialement à ces moyens, et qui délivrent chacune des flux d'air radiaux en aval de l'injecteur afin de réaliser un mélange d'air et de carburant destiné à être injecté puis brûlé dans la chambre de combustion. L'air sortant de la vrille primaire est accéléré dans un venturi intercalé entre les deux vrilles. Un bol mélangeur de forme tronconique est monté en aval des vrilles pour la pulvérisation du mélange air/carburant qui entre dans la chambre de combustion. Les vrilles du système d'injection comportent chacune une pluralité d'aubages sensiblement radiaux délimitant entre eux des canaux inclinés de passage d'air pour imprimer à l'air un mouvement de rotation autour de l'axe de la vrille (de manière à former un flux d'air tourbillonnaire ou « swirl » en terminologie anglo-saxonne). La tête d'injecteur est engagée axialement dans une bague de centrage qui est montée coulissante en direction radiale dans une douille située en amont des vrilles, pour autoriser des dilatations thermiques différentielles des différentes pièces en fonctionnement. Cette bague comporte des orifices axiaux de purge d'air qui débouchent radialement à l'intérieur de la vrille primaire pour la ventilation du venturi. Les orifices de la bague sont situés sur une circonférence dont le diamètre est inférieur à celui d'une circonférence passant par les bords de fuite radialement internes des aubages de la vrille. Dans la technique actuelle, le flux d'air sortant des orifices de purge de la bague perturbe le flux d'air tourbillonnaire délivré par la vrille primaire, ce qui entraîne des turbulences et des recirculations du mélange air- carburant dans le venturi et se traduit par le dépôt de suie et de coke sur la surface intérieure du venturi. Ce dépôt peut gêner l'injection du mélange air/carburant dans la chambre et créer localement des points chauds à l'intérieur de la chambre, ce qui favorise notamment l'émission de gaz nocifs tels que des oxydes d'azote (NOx). L'invention a notamment pour but d'apporter une solution simple, efficace et économique à ce problème. Elle propose à cet effet un système d'injection de carburant pour une chambre annulaire de combustion de turbomachine, comportant des moyens de support et de centrage d'une tête d'injecteur de carburant, un bol mélangeur agencé en aval des moyens de support, et au moins une vrille radiale située entre les moyens de support et le bol, cette vrille comportant des aubages délimitant entre eux des canaux de passage d'un flux d'air, caractérisé en ce que les canaux sont contenus dans un plan radial et les bords de fuite ou extrémités radialement internes des aubages de la vrille s'étendent sur une surface tronconique interne évasée vers l'aval autour de l'axe longitudinal du système d'injection. Selon l'invention, le flux d'air tourbillonnant délivré par la vrille du système d'injection est destiné à balayer et ventiler la tête de l'injecteur et le venturi et à se mélanger au carburant injecté dans la chambre. La vrille assure donc en plus de sa fonction principale une fonction similaire à celle des orifices de purge de la technique antérieure et peut donc être considérée comme une vrille « purgeuse ». Le système d'injection selon l'invention est donc avantageusement exempt d'orifices de purge du type précité, ce qui permet de supprimer les turbulences liées à l'interaction des flux d'air sortant des orifices de purge et de la vrille de la technique antérieure, ainsi que les risques de dépôt de coke sur le venturi dus à ces turbulences. Le bord de fuite de chaque aubage de la vrille peut comprendre une surface incurvée (concave vers l'intérieur) et inclinée d'amont en aval vers l'extérieur. La surface tronconique sur laquelle s'étendent les bords de fuite a un angle d'ouverture de l'ordre de 45 à 65° par exemple, qui correspond sensiblement à celui de la nappe de carburant pulvérisé par l'injecteur dans le système. Les bords de fuite des aubages s'étendent donc parallèlement à la surface périphérique externe de la nappe de carburant, ce qui facilite le mélange de l'air et du carburant dans le venturi. Par ailleurs, la suppression des orifices de purge permet de réduire le nombre d'orifices du système d'injection par rapport à ceux de la technique antérieure et d'augmenter le diamètre des orifices restants pour une perméabilité donnée du système (égale à la somme des sections efficaces des orifices et des canaux de passage d'air du système), ce qui facilite leur usinage et diminue leur coût de réalisation, et permet de réaliser un système d'injection de faible diamètre pour une turbine de petite taille. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens de support comportent une surface cylindrique interne qui est destinée à entourer la tête de l'injecteur, et qui est reliée à son extrémité aval à l'extrémité amont de plus petit diamètre de la surface tronconique sur laquelle s'étendent les bords de fuite des aubages de la vrille. Le bol mélangeur peut comporter à son extrémité aval une collerette annulaire externe refroidie par impact d'un flux d'air traversant une rangée annulaire d'orifices du bol. Avantageusement, ces orifices sont situés sur une circonférence dont le diamètre est supérieur au diamètre externe des moyens de support et/ou de la vrille, de façon à faciliter l'alimentation en air de ces orifices par l'air provenant du diffuseur situé en amont du système d'injection et de la chambre de combustion. Les canaux de la vrille peuvent avoir une section sensiblement constante sur toute leur dimension radiale. En variante, les canaux de la vrille ont une section qui diminue radialement de l'extérieur vers l'intérieur. Ces canaux peuvent avoir une section de forme carrée, rectangulaire ou trapézoïdale. A conventional injection system comprises means for supporting and centering an injector head, and primary and secondary tendrils which are mounted downstream of the support means, coaxially with these means, and which deliver each of the flow streams. radial air downstream of the injector to achieve a mixture of air and fuel to be injected and burned in the combustion chamber. The air exiting the primary swirler is accelerated in a venturi sandwiched between the two tendrils. A frustoconical mixing bowl is mounted downstream of the tendrils for spraying the air / fuel mixture which enters the combustion chamber. The tendrils of the injection system each comprise a plurality of substantially radial vanes delimiting between them inclined air passage channels for air printing a rotational movement about the axis of the auger (so as to form a swirling air flow or "swirl" in English terminology). The injector head is engaged axially in a centering ring which is mounted to slide radially in a socket located upstream of the tendrils, to allow differential thermal expansion of the various parts in operation. This ring has axial air purge orifices which open radially inside the primary swirler for ventilating the venturi. The orifices of the ring are located on a circumference whose diameter is smaller than that of a circumference passing through the radially internal trailing edges of the auger fins. In the current technique, the flow of air leaving the purge holes of the ring disturbs the vortex flow of air delivered by the primary swirler, which causes turbulence and recirculation of the air-fuel mixture in the venturi and results by depositing soot and coke on the inner surface of the venturi. This deposit can interfere with the injection of the air / fuel mixture into the chamber and locally create hot spots inside the chamber, which notably promotes the emission of harmful gases such as nitrogen oxides (NOx). The invention aims in particular to provide a simple, effective and economical solution to this problem. To this end, it proposes a fuel injection system for an annular turbomachine combustion chamber, comprising means for supporting and centering a fuel injector head, a mixing bowl arranged downstream of the support means, and at least one radial swirler located between the support means and the bowl, this auger comprising vanes delimiting between them channels for passage of an air flow, characterized in that the channels are contained in a radial plane and the trailing edges or radially inner ends of the augerbows extend on an inner frustoconical surface flared downstream about the longitudinal axis of the injection system. According to the invention, the swirling air flow delivered by the spin of the injection system is intended to sweep and ventilate the head of the injector and the venturi and to mix with the fuel injected into the chamber. The auger thus provides in addition to its main function a function similar to that of bleeding orifices of the prior art and can therefore be considered as a "purgeuse" auger. The injection system according to the invention is therefore advantageously free of purge orifices of the aforementioned type, which makes it possible to eliminate the turbulence related to the interaction of the air flows leaving the purge orifices and the spin of the prior art, as well as the risks of deposition of coke on the venturi due to these turbulences. The trailing edge of each vane of the vortex may comprise a curved surface (concave inward) and inclined from upstream to downstream outward. The frustoconical surface on which the trailing edges extend has an opening angle of the order of 45 to 65 ° for example, which corresponds substantially to that of the fuel ply sprayed by the injector into the system. The vanishing edges of the vanes therefore extend parallel to the outer peripheral surface of the fuel layer, which facilitates the mixing of air and fuel in the venturi. Moreover, the removal of the purge orifices makes it possible to reduce the number of orifices of the injection system compared with those of the prior art and to increase the diameter of the orifices remaining for a given permeability of the system (equal to the sum effective sections of the orifices and air passage channels of the system), which facilitates their machining and reduces their cost of production, and allows for a small diameter injection system for a small turbine. According to another characteristic of the invention, the support means comprise an internal cylindrical surface which is intended to surround the head of the injector, and which is connected at its downstream end to the upstream end of smaller diameter of the surface. frustoconical on which lie the trailing edges of the vanes of the tendrils. The mixing bowl may comprise at its downstream end an outer annular flange cooled by impact of an air flow passing through an annular row of orifices of the bowl. Advantageously, these orifices are located on a circumference whose diameter is greater than the external diameter of the support means and / or the auger, so as to facilitate the supply of air to these orifices by the air coming from the diffuser located upstream. injection system and combustion chamber. The channels of the auger may have a substantially constant section over their entire radial dimension. Alternatively, the channels of the auger have a section which decreases radially from the outside to the inside. These channels may have a square, rectangular or trapezoidal section.

De préférence, la vrille est formée d'une seule pièce avec les moyens de support. La vrille peut comprendre à son extrémité aval un rebord périphérique cylindrique d'accrochage sur le venturi situé entre la vrille et le bol mélangeur. Preferably, the auger is formed in one piece with the support means. The spin may comprise at its downstream end a cylindrical peripheral retaining rim on the venturi located between the auger and the mixing bowl.

Avantageusement, les aubages de la vrille comprennent des orifices axiaux communiquant avec des orifices axiaux formés dans le venturi pour le passage d'un flux d'air destiné à s'écouler le long de la surface externe du venturi et de la surface interne du bol. Ces orifices permettent de créer un film d'air de purge du divergent du bol pour y empêcher le dépôt de coke et de suie. Les orifices axiaux de la vrille sont alimentés par de l'air provenant directement du diffuseur, ce qui est avantageux. En effet, dans la technique antérieure, le film d'air provient d'orifices radiaux formés dans une paroi cylindrique du venturi, cet air devant contourner la vrille amont et alimentant ces orifices en statique, ce qui réduit l'efficacité de la purge du bol et favorise les recirculations d'air. Les canaux de passage d'air de la vrille peuvent être formés par des fentes sensiblement radiales formées à l'extrémité aval de la pièce formant les moyens de support et la vrille, et débouchant axialement vers l'aval, ces fentes étant destinées à être obturées en position de montage par une face radiale amont du venturi. Advantageously, the vanes of the auger comprise axial orifices communicating with axial orifices formed in the venturi for the passage of an air flow intended to flow along the external surface of the venturi and the internal surface of the bowl. . These holes allow to create a purge air film of the divergent bowl to prevent the deposit of coke and soot. The axial openings of the auger are fed with air coming directly from the diffuser, which is advantageous. In fact, in the prior art, the air film originates from radial orifices formed in a cylindrical wall of the venturi, this air having to circumvent the upstream tendrill and supplying these orifices statically, which reduces the efficiency of the purge of the bowl and promotes air recirculation. The air passage channels of the auger may be formed by substantially radial slots formed at the downstream end of the part forming the support means and the auger, and opening axially downstream, these slots being intended to be closed in mounting position by an upstream radial face of the venturi.

La présente invention concerne également une chambre annulaire de combustion de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comprend des systèmes d'injection de carburant tels que décrits ci-dessus. La présente invention concerne enfin une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, caractérisée en ce qu'elle comprend des systèmes d'injection de carburant tels que décrits ci-dessus. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une demi-vue schématique en coupe axiale d'un diffuseur et d'une chambre annulaire de combustion de turbomachine, cette chambre étant équipée d'un système d'injection de carburant selon la technique antérieure ; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle du système d'injection de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 2 ; - la figure 4 est une vue schématique en coupe axiale d'un système d'injection selon l'invention ; - la figure 5 est une vue schématique en perspective du système d'injection de la figure 4, vu de l'amont et de côté ; - la figure 6 est une vue schématique en perspective de la vrille du système d'injection de la figure 4, vue de l'aval et de côté ; - la figure 7 est une vue de la face aval d'une vrille selon une variante de réalisation du système d'injection selon l'invention ; et - la figure 8 est une vue correspondant à la figure 4 et représentant la variante de réalisation du système d'injection de la figure 7. La figure 1 représente une chambre annulaire de combustion 10 d'une turbomachine, telle qu'un turboréacteur ou un turbopropulseur d'avion, cette chambre étant agencée en sortie d'un diffuseur 12, lui-même situé en sortie d'un compresseur (non représenté). The present invention also relates to an annular turbomachine combustion chamber, characterized in that it comprises fuel injection systems as described above. The present invention finally relates to a turbomachine, such as a turbojet engine or an airplane turboprop, characterized in that it comprises fuel injection systems as described above. The invention will be better understood and other characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly on reading the description which follows, given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings in which: Figure 1 is a schematic half-view in axial section of a diffuser and an annular turbomachine combustion chamber, this chamber being equipped with a fuel injection system according to the prior art; FIG. 2 is a view on a larger scale of the injection system of FIG. 1; - Figure 3 is a sectional view along the line III-III of Figure 2; FIG. 4 is a diagrammatic view in axial section of an injection system according to the invention; - Figure 5 is a schematic perspective view of the injection system of Figure 4, seen from upstream and side; FIG. 6 is a diagrammatic perspective view of the twist of the injection system of FIG. 4, seen from downstream and from the side; FIG. 7 is a view of the downstream face of a swirler according to an alternative embodiment of the injection system according to the invention; and FIG. 8 is a view corresponding to FIG. 4 and showing the variant embodiment of the injection system of FIG. 7. FIG. 1 represents an annular combustion chamber 10 of a turbomachine, such as a turbojet engine or an airplane turboprop, this chamber being arranged at the output of a diffuser 12, itself located at the outlet of a compressor (not shown).

La chambre 10 comprend une paroi de révolution interne 14 et une paroi de révolution externe 16 qui sont reliées en amont par une paroi annulaire 18 de fond de chambre. Un carénage annulaire 20 est fixé sur les extrémités amont des parois 14, 16 de la chambre et comprend des ouvertures 22 de passage d'air alignées avec des orifices 24 de la paroi 18 de fond de chambre dans lesquels sont montés des systèmes 26 d'injection de carburant, le carburant étant amené par des injecteurs 28 régulièrement répartis autour de l'axe de la chambre. Chaque injecteur comprend une tête 30 d'injection de carburant engagée dans un système d'injection 26 et alignée sur l'axe d'un orifice 24 de la paroi de fond de chambre 18. Une partie du débit d'air 32 fourni par le compresseur et sortant du diffuseur 12 pénètre dans l'enceinte annulaire délimitée par le carénage 20, passe dans le système d'injection 26, et est ensuite mélangée au carburant amené par l'injecteur 28 et pulvérisée dans la chambre de combustion 10. Un système d'injection 26 de la technique antérieure, mieux visible en figure 2, comporte deux vrilles coaxiales, une vrille amont ou interne 34 et une vrille aval ou externe 36, qui sont séparées l'une de l'autre pas un venturi 38 et qui sont reliées en amont à des moyens 40 de support de la tête 30 de l'injecteur, et en aval à un bol mélangeur 42 qui est monté axialement dans l'ouverture 24 de la paroi 18 de fond de chambre. Les vrilles 34, 36 comprennent chacune une pluralité d'aubages s'étendant sensiblement radialement autour de l'axe A des vrilles et régulièrement réparties autour de cet axe pour délivrer des flux d'air tourbillonnants en aval de la tête d'injection 30. Les aubes délimitent entre elles des canaux de passage d'air, qui sont inclinés ou incurvés autour de l'axe A des vrilles. Les moyens 40 de support de la tête d'injection 30 comprennent une bague 44 traversée axialement par la tête d'injection 30 et montée coulissante dans une douille 46 fixée sur la vrille interne 34. La bague 44 comprend un rebord annulaire 48 s'étendant radialement vers l'extérieur et logé dans une gorge annulaire de la douille 46, le diamètre interne de la gorge de la douille 46 étant supérieur au diamètre externe du rebord 48 de la bague 44. Le rebord 48 de la bague 44 comporte des orifices de purge 50 sensiblement axiaux pour le passage d'un flux d'air destiné à balayer la tête 30 de l'injecteur pour éviter un retour de flamme vers l'injecteur en fonctionnement. Le bol mélangeur 42 a une paroi sensiblement tronconique évasée vers l'aval et reliée à son extrémité aval à un rebord cylindrique 52, s'étendant vers l'amont et monté axialement dans l'ouverture 24 de la paroi 18 de fond de chambre. L'extrémité amont de la paroi tronconique du bol 42 est reliée à une pièce annulaire intermédiaire 54 fixée sur la vrille externe 36. La paroi tronconique du bol 42 comporte une rangée annulaire d'orifices 56 de passage d'air, s'étendant autour de l'axe A. Le bol 42 comporte en outre, au voisinage de son rebord 52, une seconde rangée annulaire d'orifices 58 de passage d'air, cet air étant destiné à venir impacter sur une collerette annulaire s'étendant radialement vers l'extérieur depuis l'extrémité aval de la paroi tronconique du bol. The chamber 10 comprises a wall of internal revolution 14 and a wall of external revolution 16 which are connected upstream by an annular wall 18 of the chamber bottom. An annular shroud 20 is fixed on the upstream ends of the walls 14, 16 of the chamber and comprises openings 22 for air passage aligned with orifices 24 of the wall 18 of the chamber bottom in which systems 26 are mounted. fuel injection, the fuel being supplied by injectors 28 regularly distributed around the axis of the chamber. Each injector comprises a fuel injection head 30 engaged in an injection system 26 and aligned with the axis of an orifice 24 of the chamber bottom wall 18. A portion of the air flow 32 supplied by the compressor and leaving the diffuser 12 enters the annular enclosure defined by the shroud 20, passes into the injection system 26, and is then mixed with the fuel supplied by the injector 28 and sprayed into the combustion chamber 10. A system prior art injection device 26, better visible in FIG. 2, comprises two coaxial tendrils, an upstream or internal tendril 34 and a downstream or external tendril 36, which are separated from each other by a venturi 38 and which are connected upstream to means 40 for supporting the head 30 of the injector, and downstream to a mixing bowl 42 which is mounted axially in the opening 24 of the wall 18 of the chamber bottom. The swirlers 34, 36 each comprise a plurality of vanes extending substantially radially around the axis A of the tendrils and regularly distributed around this axis to deliver swirling air flows downstream of the injection head 30. The vanes delimit between them air passage channels, which are inclined or curved around the axis A tendrils. The means 40 for supporting the injection head 30 comprise a ring 44 traversed axially by the injection head 30 and slidably mounted in a bushing 46 fixed to the internal swirler 34. The ring 44 comprises an annular flange 48 extending radially outwards and housed in an annular groove of the sleeve 46, the internal diameter of the groove of the sleeve 46 being greater than the outer diameter of the flange 48 of the ring 44. The flange 48 of the ring 44 has holes purge 50 substantially axial for the passage of a flow of air for sweeping the head 30 of the injector to prevent a backfire to the injector in operation. The mixing bowl 42 has a substantially frustoconical wall flared downstream and connected at its downstream end to a cylindrical flange 52, extending upstream and axially mounted in the opening 24 of the wall 18 of the chamber bottom. The upstream end of the frustoconical wall of the bowl 42 is connected to an intermediate annular piece 54 fixed to the external swirler 36. The frustoconical wall of the bowl 42 comprises an annular row of orifices 56 for air passage, extending around of the axis A. The bowl 42 further comprises, in the vicinity of its rim 52, a second annular row of orifices 58 for air passage, this air being intended to impact an annular flange extending radially towards the outside from the downstream end of the frustoconical wall of the bowl.

Le venturi 38 a en section une forme sensiblement en L et comprend à son extrémité amont un rebord annulaire externe 60 s'étendant radialement vers l'extérieur et intercalé axialement entre les deux vrilles 34, 36. Le venturi 38 s'étend axialement vers l'aval à l'intérieur de la vrille externe 36 et sépare les écoulements d'air issus des vrilles interne 34 et externe 36. Le venturi 38 délimite intérieurement une chambre de prémélange dans laquelle une partie du carburant éjecté se mélange au flux d'air délivré par la vrille interne 34, ce prémélange air/carburant se mélangeant ensuite en aval du venturi au flux d'air provenant de la vrille externe 36 pour former un cône de carburant pulvérisé à l'intérieur de la chambre. The venturi 38 has a substantially L-shaped cross-section and comprises at its upstream end an outer annular flange 60 extending radially outwards and interposed axially between the two swirlers 34, 36. The venturi 38 extends axially towards the outside. downstream inside the external swirler 36 and separates the air flows from the internal 34 and outer 36 tendrils. The venturi 38 internally delimits a premix chamber in which a portion of the ejected fuel mixes with the air flow. delivered by the internal swirler 34, this air / fuel premix then mixing downstream of the venturi to the airflow from the external swirler 36 to form a sputtered fuel cone within the chamber.

Cependant, cette technologie de système d'injection présente les inconvénients décrits plus haut, qui sont liés à la perturbation du flux d'air 68 provenant de la vrille interne 34 par le flux d'air délivré par les orifices de purge 50. However, this injection system technology has the disadvantages described above, which are related to the disturbance of the air flow 68 coming from the internal swirler 34 by the air flow delivered by the purge orifices 50.

Comme cela est représenté en figure 3, le nombre d'aubages de la vrille interne 34 est différent de celui des orifices de purge 50 et les positions angulaires des orifices et des aubages autour de l'axe A sont définies aléatoirement. Le flux d'air 68 délivré par la vrille et celui sortant des orifices 50 s'entrecroisent ce qui crée des recirculations 70 et des hétérogénéités azimutales du débit d'air d'alimentation du venturi 38. De plus, l'alimentation en air des orifices 58 du bol mélangeur 42 n'est pas optimale car cet air qui provient du diffuseur situé en amont doit contourner la périphérie des moyens de support 40 pour parvenir à l'entrée des orifices 58 (flèche 72 en figure 2) L'invention permet de remédier à ces problèmes grâce à un système d'injection comportant une vrille purgeuse, c'est-à-dire une vrille délivrant un flux d'air tourbillonnant destiné à la fois à balayer la tête de l'injecteur et la surface interne du venturi (et ainsi à assurer une fonction de purge) et à se mélanger au carburant amené par l'injecteur. As shown in FIG. 3, the number of vanes of the internal swirler 34 is different from that of the purge ports 50 and the angular positions of the orifices and vanes around the axis A are randomly defined. The air flow 68 delivered by the auger and the outflow of the orifices 50 intersect, which creates recirculations 70 and azimuthal heterogeneities of the air supply flow of the venturi 38. In addition, the air supply of the air orifices 58 of the mixing bowl 42 is not optimal because this air coming from the upstream diffuser must circumvent the periphery of the support means 40 to reach the inlet of the orifices 58 (arrow 72 in FIG. 2). to remedy these problems by means of an injection system comprising a purging auger, that is to say a auger delivering a swirling air flow intended both to sweep the head of the injector and the internal surface of the venturi (and thus to provide a purge function) and to mix with the fuel supplied by the injector.

Selon l'invention, une vrille purgeuse comprend des aubages sensiblement radiaux dont les bords de fuite radialement interne sont inclinés d'amont en aval vers l'extérieur et s'étendent sur une surface tronconique évasée vers l'aval autour de l'axe A du système d'injection. Dans l'exemple représenté aux figures 4 à 6, les moyens 140 de support de la tête 130 de l'injecteur et la vrille amont 134 ou interne sont formés d'une seule pièce. Les moyens de support 140 comporte une surface cylindrique interne 174 dont l'extrémité aval est reliée à l'extrémité amont de la surface tronconique 176 définie par les bords de fuite 178 des aubages 180 de la vrille 134. Comme cela est mieux visible en figure 6, le bord de fuite 178 de chaque aubage 180 comprend une surface incurvée concave vers l'intérieur et inclinée d'amont en aval vers l'extérieur. Les moyens de support 140 comportent une paroi cylindrique 184 définissant intérieurement la surface cylindrique 174 précitée et reliée à son extrémité amont à une paroi tronconique 182 évasée vers l'amont, et à son extrémité aval à une paroi radiale 186 s'étendant vers l'extérieur. Les aubages 180 de la vrille 134 sont reliés à leurs extrémités amont à la paroi radiale 186 des moyens de support 140. Les canaux 188 délimités par les aubages 180 de la vrille sont formés par des fentes débouchant axialement vers l'aval et obturées par une face radiale amont d'un venturi 138 séparant la vrille 134 du bol 142. De plus, les aubages 180 comprennent à leurs extrémités aval un rebord périphérique externe 189 de forme cylindrique qui sert au centrage et à l'accrochage de la vrille sur le venturi 138. Chaque aubage 180 de la vrille 134 comporte un rebord périphérique externe en portion de cylindre (figures 5 et 6) Comme cela est représenté en figure 4, les bords de fuite 178 des aubages de la vrille 134 s'étendent parallèlement à la surface périphérique externe de la nappe de carburant 190 qui est délivrée sous forme d'un cône par l'injecteur. Dans le cas où l'injecteur est équipé de deux circuits de carburant, il peut fournir deux nappes de carburant coaxiales, une première nappe de carburant 192 en forme de cône ayant un angle d'ouverture a1 et une seconde nappe de carburant 190 coaxiale en forme de cône ayant un angle d'ouverture a2 (supérieur à a1). La première nappe de carburant 192 peut être optimisée au démarrage du moteur et pour le régime plein gaz et la seconde nappe 190 peut être optimisée pour la plage de régime allant du démarrage au plein gaz. Avantageusement, les bords de fuite 178 des aubages 180 de la vrille 134 sont parallèles à la surface périphérique externe de la seconde nappe de carburant 190, et forme donc un angle a2 avec l'axe A, a2 étant par exemple compris entre 45 et 65°. Les bords de fuite 178 des aubages 180 sont situés à une même distance de la surface périphérique externe de la nappe 190. La quantité de mouvement du flux d'air délivré par la vrille 134 est constante sur toute la dimension axiale de la vrille. Ce flux d'air cisaille la nappe de carburant 190 de manière identique sur toute la dimension axiale de la vrille. De plus, la partie 194 du flux d'air sortant au niveau des parties d'extrémité amont des bords de fuite 178 des aubages 180 est destinée à purger l'extrémité de la tête 130 de l'injecteur et à cisailler la nappe de carburant 190 sans perturbation. Dans l'exemple représenté, les canaux 188 de la vrille 134 ont une section de forme carrée qui est constante sur toute la dimension radiale de la vrille. According to the invention, a purge auger comprises substantially radial vanes whose radially inner trailing edges are inclined from upstream to downstream outwards and extend on a frustoconical surface flared downstream about the axis A injection system. In the example shown in Figures 4 to 6, the means 140 for supporting the head 130 of the injector and the upstream auger 134 or internal are formed in one piece. The support means 140 comprises an internal cylindrical surface 174 whose downstream end is connected to the upstream end of the frustoconical surface 176 defined by the trailing edges 178 of the vanes 180 of the auger 134. As can be seen more clearly in FIG. 6, the trailing edge 178 of each blade 180 comprises an inwardly concave curved surface and inclined from upstream to downstream outwardly. The support means 140 comprise a cylindrical wall 184 internally defining the aforementioned cylindrical surface 174 and connected at its upstream end to a frustoconical wall 182 flared upstream, and at its downstream end to a radial wall 186 extending towards the outside. The vanes 180 of the auger 134 are connected at their upstream ends to the radial wall 186 of the support means 140. The channels 188 delimited by the vanes 180 of the auger are formed by slots opening axially downstream and closed by a radial upstream face of a venturi 138 separating the swirler 134 from the bowl 142. In addition, the vanes 180 comprise at their downstream ends an outer peripheral rim 189 of cylindrical shape which serves for centering and attaching the swirler to the venturi 138. Each vane 180 of the vortex 134 has an outer peripheral rim in a portion of a cylinder (FIGS. 5 and 6). As shown in FIG. 4, the trailing edges 178 of the vanes of the vortex 134 extend parallel to the surface. external device of the fuel ply 190 which is delivered in the form of a cone by the injector. In the case where the injector is equipped with two fuel circuits, it can provide two coaxial fuel plies, a first cone shaped fuel ply 192 having an opening angle a1 and a second coaxial fuel ply 190. cone shape having an aperture angle a2 (greater than a1). The first fuel ply 192 can be optimized at engine start and for the full throttle and the second ply 190 can be optimized for the rpm range from start to full throttle. Advantageously, the trailing edges 178 of the vanes 180 of the swirler 134 are parallel to the outer peripheral surface of the second fuel ply 190, and thus form an angle a2 with the axis A, a2 being for example between 45 and 65 °. The trailing edges 178 of the vanes 180 are located at the same distance from the outer peripheral surface of the sheet 190. The amount of movement of the air flow delivered by the swirler 134 is constant over the entire axial dimension of the swirler. This air flow shears the fuel ply 190 in an identical manner over the entire axial dimension of the tendril. In addition, the portion 194 of the outgoing airflow at the upstream end portions of the trailing edges 178 of the vanes 180 is intended to purge the end of the head 130 of the injector and to shear the fuel web. 190 without disturbance. In the example shown, the channels 188 of the auger 134 have a square section which is constant over the entire radial dimension of the auger.

Comme cela est visible aux figures 4 à 6, un orifice axial 196 de passage d'air est formé dans chaque aubage 180 et communique avec un orifice axial 197 de passage d'air du venturi 138. Les orifices 196 débouchent à leurs extrémités amont sur la face radiale amont de la paroi radiale 186 des moyens de centrage, et les orifices 197 débouchent à leurs extrémités aval radialement à l'extérieur du venturi 138. L'air 198 qui sort des orifices 197 est destiné à circuler sur la surface externe du venturi et à former un film d'air de purge de la surface radialement interne du bol 142, pour empêcher le dépôt de coke sur cette surface. Le bol mélangeur 142 du système d'injection est monté en aval de la vrille 136 et comporte, comme dans la technique antérieure, une paroi sensiblement tronconique évasée vers l'aval et reliée à son extrémité aval à un rebord cylindrique 152, s'étendant vers l'amont. La paroi tronconique comporte une rangée annulaire d'orifices 156 de passage d'air, s'étendant autour de l'axe A. Le rebord 152 comporte une rangée annulaire d'orifices 158 de passage d'air, cet air étant destiné à venir impacter sur une collerette annulaire 159 s'étendant radialement vers l'extérieur depuis l'extrémité aval de la paroi tronconique du bol. Les rangées d'orifices 156, 158 sont situées sur des circonférences dont les diamètres sont sensiblement égaux ou supérieurs au diamètre externe maximal des moyens de support 140 et de la vrille 134. Le flux d'air 161 qui alimente ces orifices ne contourne donc pas le système d'injection ce qui limite les perturbations de ce flux et optimise l'alimentation des orifices 156, 158. L'invention permet (par la suppression des orifices de purge), pour une perméabilité donnée du système d'injection, d'optimiser avec précision le diamètre des orifices 156, 158 du bol mélangeur et les dimensions des canaux des vrilles 134, 136. Dans un cas particulier de réalisation de l'invention, les sections cumulées des orifices 158 du bol mélangeur et des canaux de la vrille externe 136 représente 20 à 30% de la perméabilité totale du système, les sections cumulées des orifices 156 du bol mélangeur et des canaux 188 de la vrille interne 134 représentant 70 à 80% de cette perméabilité. 70 à 80% du débit d'air alimentant le système d'injection est donc destiné à se mélanger au carburant amené par l'injecteur. Dans la variante de réalisation des figures 7 et 8, le système d'injection diffère de celui précédemment décrit en ce que les canaux 288 de sa vrille interne 234 ont une section qui diminue radialement de l'intérieur vers l'extérieur. La largeur L1 ou dimension circonférentielle de chaque canal 288 au niveau des extrémités aval des bords de fuite 276 des aubages 280 s'étendant de part et d'autre de ce canal, est supérieure à celle de ce même canal au niveau des extrémités amont des bords de fuite précités (figure 7). La section de sortie de l'air au niveau des bords de fuite 276 des aubages 280 est donc plus importante au niveau des extrémités aval des bords de fuite qu'à leurs extrémités amont. Du fait que cette section est calibrante, la quantité de mouvement de l'air est plus importante à l'extrémité aval de la vrille qu'à son extrémité amont (flèches 294) et augmente de manière régulière entre son extrémité amont et son extrémité aval du fait de l'augmentation de la largeur de sortie des canaux entre ces extrémités. As can be seen in FIGS. 4 to 6, an axial air passage orifice 196 is formed in each blade 180 and communicates with an axial air passage orifice 197 of the venturi 138. The orifices 196 open at their upstream ends on the upstream radial face of the radial wall 186 of the centering means, and the orifices 197 open at their downstream ends radially outside the venturi 138. The air 198 which leaves the orifices 197 is intended to circulate on the outer surface of the venturi and forming a purge air film of the radially inner surface of the bowl 142, to prevent the deposition of coke on this surface. The mixing bowl 142 of the injection system is mounted downstream of the swirler 136 and comprises, as in the prior art, a substantially frustoconical wall flared downstream and connected at its downstream end to a cylindrical rim 152, extending upstream. The frustoconical wall comprises an annular row of orifices 156 for air passage, extending around the axis A. The flange 152 comprises an annular row of orifices 158 for air passage, this air being intended to come impact on an annular collar 159 extending radially outwardly from the downstream end of the frustoconical wall of the bowl. The rows of orifices 156, 158 are located on circumferences whose diameters are substantially equal to or greater than the maximum external diameter of the support means 140 and the auger 134. The air flow 161 which feeds these orifices does not bypass the injection system which limits the disturbances of this flow and optimizes the supply of the orifices 156, 158. The invention makes it possible (by eliminating the purge orifices), for a given permeability of the injection system, to to optimize precisely the diameter of the orifices 156, 158 of the mixing bowl and the dimensions of the channels of the tendrils 134, 136. In a particular embodiment of the invention, the cumulative sections of the orifices 158 of the mixing bowl and the channels of the tendrill external 136 represents 20 to 30% of the total permeability of the system, the cumulative sections of the orifices 156 of the mixing bowl and the channels 188 of the internal swirler 134 representing 70 to 80% of this permeab ility. 70 to 80% of the air flow supplying the injection system is therefore intended to mix with the fuel supplied by the injector. In the variant embodiment of FIGS. 7 and 8, the injection system differs from that previously described in that the channels 288 of its internal swirler 234 have a section which decreases radially from the inside to the outside. The width L1 or circumferential dimension of each channel 288 at the downstream ends of the trailing edges 276 of the vanes 280 extending on either side of this channel is greater than that of the same channel at the upstream ends of the channels. aforementioned trailing edges (Figure 7). The air outlet section at the trailing edges 276 of the vanes 280 is therefore greater at the downstream ends of the trailing edges than at their upstream ends. Because this section is calibrating, the amount of air movement is greater at the downstream end of the auger than at its upstream end (arrows 294) and increases steadily between its upstream end and its downstream end. due to the increase of the output width of the channels between these ends.

Dans encore une autre variante non représentée, la section des canaux de la vrille interne du système d'injection peut avoir une forme rectangulaire ou trapézoïdale, et non pas carrée comme dans les exemples décrits ci-dessus. Dans le cas où cette section est trapézoïdale, chaque aube de la vrille peut avoir ses faces latérales qui convergent de l'aval vers l'amont. In yet another variant not shown, the channel section of the internal swirl of the injection system may have a rectangular or trapezoidal shape, and not square as in the examples described above. In the case where this section is trapezoidal, each blade of the spin can have its side faces converging from downstream to upstream.

Claims

REVENDICATIONS1. Fuel injection system for an annular turbomachine combustion chamber, comprising means (140) for supporting and centering a fuel injector head (130), a mixing bowl (142) arranged downstream of the means support, and at least one radial swirler (134) located between the support means and the bowl, this auger comprising vanes (180) delimiting between them channels (188) substantially radial passage of a flow of air, characterized in that the channels are contained in a radial plane and the trailing edges (178) or radially inner ends of the auger vanes extend over a frustoconical surface flared downstream about the longitudinal axis of the auger system. 'injection.

2. System according to claim 1, characterized in that it comprises a venturi (138) located between the auger (134) and the mixing bowl (142) and in that the auger provides ventilation of the venturi, by guiding the flow of air exiting the tendril along the inner surface of the venturi.

3. System according to claim 2, characterized in that the auger (134) comprises at its downstream end a cylindrical peripheral rim (189) for attachment to the venturi (138).

4. System according to claim 2 or 3, characterized in that the vanes (180) of the auger (134) comprise axial orifices (196) communicating with axial orifices (197) formed in the venturi (138) for the passage an airflow (198) for flowing along the outer surface of the venturi and the inner surface of the bowl (142).

5. System according to one of the preceding claims, characterized in that the support means (140) comprise an inner cylindrical surface (174) which is intended to surround the head (130) of the injector and which is connected to its downstream end at the upstream end of smaller diameter of the aforementioned frustoconical surface.

6. System according to one of the preceding claims, characterized in that the mixing bowl (142) comprises at its downstream end an outer annular flange (159) cooled by impact of an air flow passing through an annular row of orifices. (158) of the bowl, and that these orifices are located on a circumference whose diameter is greater than the outer diameter of the support means (140) and / or the auger (134).

7. System according to one of the preceding claims, characterized in that the channels (188) of the auger (134) have a substantially constant section over their entire radial dimension, or have a section which decreases radially from the outside to the outside. inside.

8. System according to one of the preceding claims, characterized in that the channels (188) of the auger (134) have a section of square, rectangular or trapezoidal.

9. System according to one of the preceding claims, characterized in that the auger (134) is formed integrally with the support means (140).

10. Turbomachine, such as a jet engine or an airplane turboprop, characterized in that it comprises fuel injection systems according to one of the preceding claims.