FR3057648A1 - Systeme d'injection pauvre de chambre de combustion de turbomachine - Google Patents

Systeme d'injection pauvre de chambre de combustion de turbomachine Download PDF

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Abstract

L'objet principal de l'invention est un système d'injection (7) pour chambre de combustion de turbomachine, caractérisé en ce qu'il comporte des veines d'alimentation en air interne (Vi) et externe (Ve), séparées par un venturi (40) comprenant une partie (41) s'étendant radialement, une partie conique convergente (42) et une partie (43) s'étendant axialement, et des moyens d'injection de carburant liquide (8) configurés pour permettre la formation d'un film (CL) de carburant dans une zone (Z1) d'atomisation du carburant qui se prolonge par une zone (Z2) de mélange et d'évaporation, délimitée extérieurement par une paroi (44) de forme convergente-divergente.

Description

DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
La présente invention se rapporte au domaine des turbomachines, et plus particulièrement au domaine général des systèmes d'injection pour chambre de combustion de turbomachine.
L'invention s'applique à tout type de turbomachines terrestres ou aéronautiques, et notamment aux turbomachines d'aéronef telles que les turbomoteurs, les turboréacteurs et les turbopropulseurs.
L'invention concerne ainsi plus précisément un système d'injection pauvre pour chambre de combustion de turbomachine, une chambre de combustion comportant un tel système d'injection, ainsi qu'une turbomachine et un procédé d'injection de carburant associés.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La figure 1 illustre un exemple typique de turbomachine 10 d'un type connu, par exemple un turboréacteur d'aéronef à double flux et à double corps.
La turbomachine 10 comprend, successivement selon la direction de poussée représentée par la flèche F qui correspond également à la direction générale d'écoulement des gaz dans le turboréacteur, un compresseur basse pression 11, un compresseur haute pression 12, une chambre annulaire de combustion 1, une turbine haute pression 13 et une turbine basse pression 14.
D'une manière bien connue, la chambre de combustion 1 est montée en aval du compresseur haute pression 12 destiné à alimenter cette chambre en air sous pression, et en amont de la turbine haute pression 13 destinée à entraîner en rotation le compresseur haute pression 12 sous l'effet de la poussée des gaz provenant de la chambre de combustion.
La figure 2 illustre à plus grande échelle la chambre de combustion 1 et son environnement immédiat.
La chambre de combustion 1 comprend deux parois annulaires coaxiales, respectivement radialement interne 2 et radialement externe 3, qui s'étendent autour de l'axe longitudinal T de la chambre de combustion 1.
Ces deux parois annulaires 2 et 3 sont fixées à des carters interne 5 et externe 6 de la chambre 1, et sont reliées l'une à l'autre par une paroi annulaire de fond de chambre 4.
La paroi annulaire de fond de chambre 4 comporte une rangée annulaire d'orifices régulièrement répartis autour de l'axe T de la chambre de combustion 1, et dans lesquels sont montés des systèmes d'injection 7 associés à une rangée annulaire d'injecteurs de carburant 8 présentant chacun un axe 9 d'émission de carburant.
Chaque système d'injection 7 comporte des orifices destinés à l'injection, dans la chambre de combustion 1, d'une partie du flux d'air provenant du diffuseur Yl monté en sortie du compresseur haute pression 12 de la turbomachine 10.
Par ailleurs, un carénage annulaire 17, comportant des orifices alignés avec les systèmes d'injection 7 pour le passage des injecteurs 8, permet de former un écran protégeant du rayonnement de la paroi annulaire 2 les pièces qui sont les plus proches de l'axe de rotation T. Il permet également le guidage de parties 18 et 19 du flux d'air provenant du diffuseur qui circulent respectivement le long des parois annulaires interne 2 et externe 3 de la chambre de combustion 1, au sein de deux espaces de contournement respectivement interne 20 et externe 21. Ces parties 18 et 19 du flux d'air sont respectivement dénommées « flux d'air de contournement interne » et « flux d'air de contournement externe ». Les espaces de contournement interne 20 et externe 21 forment, avec un espace 22 qui les raccorde l'un à l'autre, une enceinte dans laquelle s'étend la chambre de combustion 1.
Dans le cadre des technologies mises en œuvre pour la conception d'un système d'injection de chambre de combustion de turbomachine, il est de plus en plus souhaitable de pouvoir réduire la production de polluants, et tout particulièrement la production d'oxydes d'azote (NOx). Cet objectif devient de plus en plus critique avec la recherche constante de la réduction de la consommation spécifique, et donc des émissions de dioxyde de carbone (CO2), qui impose d'accroître le taux de compression des cycles moteur et conduit de ce fait à l'augmentation des émissions de NOx.
La réduction des émissions de NOx est généralement réalisée par le biais d'une combustion pauvre, plus précisément par le développement dans la zone primaire de la chambre de combustion d'une flamme pauvre, c'est-à-dire dont la richesse est largement inférieure à la stcechiométrie. Cela permet en effet de réduire la température maximale de la flamme en zone primaire de la chambre de combustion, et ainsi de réduire la quantité de NOx produite en zone primaire.
Toutefois, afin de pouvoir supprimer les zones présentant des températures de gaz élevées dans la zone primaire de chambre de combustion, il est nécessaire de prévoir des systèmes d'injection capables d'assurer un mélange air/carburant pauvre le plus homogène possible, et de préférence permettant de vaporiser le carburant avant son introduction dans la chambre de combustion. On parle ainsi couramment d'injecteur pauvre pré-mélangé pré-vaporisé ou encore du type LPP (pour « Lean Premixed Prevaporized » en anglais), et dans le cas où l'on ne cherche pas à vaporiser tout le carburant dans le système d'injection, d'injecteur pauvre pré-mélangé ou encore du type LP (pour « Lean Premixed » en anglais).
Ainsi, le système d'injection doit assurer les fonctions suivantes : pulvériser le plus finement possible le carburant liquide ; assurer la calibration du débit d'air adéquat pour créer en sortie d'injecteur le mélange pauvre de richesse souhaitée ; mélanger le plus uniformément possible l'air et le carburant ; vaporiser une partie, voire la totalité, du carburant; générer l'aérodynamique de zone primaire qui permettra de stabiliser la flamme dans la zone primaire de chambre de combustion.
Néanmoins, une des difficultés rencontrées avec la technologie de système d'injection du type LP, et surtout LPP, est le risque d'auto-inflammation ou de remontée de flamme à l'intérieur du système d'injection, conduisant à sa destruction immédiate.
Des solutions de systèmes d'injection pour combustion pauvre dans une chambre de combustion de turbomachine ont déjà été envisagées dans l'art antérieur présentant leurs spécificités en termes d'architecture. Le plus souvent, ces solutions comprennent le développement de systèmes d'injection doubles intégrant à la fois un injecteur dit « pauvre » et un injecteur dit « pilote ». Un tel injecteur pilote assure alors d'une part l'allumage et la combustion aux faibles régimes de fonctionnement, et d'autre part il permet d'atteindre, à tous les régimes, la stabilité de combustion, y compris dans le cas de la flamme pauvre, adéquate avec une utilisation sûre du moteur.
Cependant, de tels systèmes d'injection doubles, intégrant à la fois un injecteur pauvre et un injecteur pilote, sont mal adaptés aux chambres de combustion de faibles dimensions. En effet, pour une chambre de combustion de faible dimension, en particulier de faible hauteur de fond de chambre et donc avec une faible différence de rayon entre la virole interne et la virole externe, il est difficile de découpler les flammes générées en aval par l'injecteur pauvre d'une part et par l'injecteur pilote d'autre part, de sorte que le compromis entre réduction des émissions de NOx et stabilité de combustion est difficile à trouver.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
L'invention a ainsi pour but de remédier au moins partiellement aux besoins mentionnés ci-dessus et aux inconvénients relatifs aux réalisations de l'art antérieur.
Elle vise notamment à concevoir un nouveau type de système d'injection pour chambre de combustion de turbomachine qui soit adapté à une chambre de combustion de faible dimension utilisée en combustion pauvre.
L'invention a ainsi pour objet, selon l'un de ses aspects, un système d'injection pour chambre de combustion de turbomachine, présentant une sensible symétrie de révolution autour d'un axe d'émission de carburant, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une veine d'alimentation en air interne et une veine d'alimentation en air externe, séparées par un venturi de profil évolutif comprenant une partie s'étendant radialement, une partie conique convergente, la partie s'étendant radialement étant notamment reliée par son extrémité radialement interne à la partie conique convergente, et une partie s'étendant axialement, la partie conique convergente se prolongeant notamment en aval en la partie s'étendant axialement,
- des moyens d'injection de carburant liquide dans la veine d'alimentation en air interne configurés pour permettre la formation d'un film de carburant liquide, cheminant notamment sur la paroi interne de la partie s'étendant axialement du venturi, entre les écoulements d'air des veines d'alimentation en air interne et externe, dans une zone d'atomisation du carburant qui se prolonge, notamment en aval de la partie s'étendant axialement du venturi, par une zone de mélange des veines d'air interne et externe et d'évaporation du carburant liquide, ladite zone de mélange et d'évaporation étant délimitée extérieurement par une paroi de forme convergente-divergente comprenant une partie convergente et une partie divergente, notamment en aval de la partie convergente, reliées entre elles par une zone de transition de diamètre minimum, notamment une zone de transition au niveau de laquelle la paroi de forme convergentedivergente présente un diamètre minimum.
Grâce à l'invention, il peut être possible d'obtenir un système d'injection pauvre pour une chambre de combustion de turbomachine de faible dimension permettant de réduire significativement les émissions de NOx et permettant de créer en sortie du système d'injection une flamme pauvre tout en limitant les risques d'autoinflammation ou de remontée de flamme dans le système d'injection lui-même. Le système d'injection selon l'invention peut en particulier conduire à optimiser la pulvérisation du carburant et le mélange air/carburant tout en restant dans une géométrie permettant de maintenir le temps de séjour du carburant dans le système d'injection inférieur au délai d'auto-inflammation, d'adapter les formes pour supprimer les recirculations internes au système d'injection, de créer une vitesse d'écoulement suffisante en sortie du système d'injection pour éviter les remontées de flamme, et de créer l'aérodynamique permettant de stabiliser la flamme en sortie du système d'injection.
Le système d'injection selon l'invention peut en outre comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises isolément ou suivant toutes combinaisons techniques possibles.
La veine d'alimentation en air externe peut préférentiellement comporter une vrille d'air, disposée notamment au niveau de la partie s'étendant axialement du venturi.
Les moyens d'injection de carburant liquide peuvent comporter un ou plusieurs canaux d'injection de carburant formé(s) au moins en partie entre les parois interne et externe du venturi, notamment entre les parois interne et externe de la partie s'étendant radialement et de la partie conique convergente du venturi.
Les moyens d'injection de carburant liquide peuvent encore comporter un injecteur de carburant disposé selon l'axe d'émission de carburant du système d'injection, en amont de la partie conique convergente du venturi.
Les moyens d'injection de carburant liquide peuvent également comporter une pluralité de jets d'injection de carburant formés au travers de la paroi annulaire délimitant intérieurement la veine d'alimentation en air interne, répartis de façon symétrique par rapport à l'axe d'émission de carburant du système d'injection.
La veine d'alimentation en air interne peut ou non comporter une vrille d'air.
Par ailleurs, l'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une chambre de combustion de turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un système d'injection tel que défini précédemment.
Avantageusement, la chambre de combustion peut comporter un système d'injection supplémentaire dit « pilote », associé au système d'injection, configuré pour assurer une stabilité de combustion.
En outre, l'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, une turbomachine, caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre de combustion telle que définie précédemment.
De plus, l'invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé d'injection de carburant dans une chambre de combustion de turbomachine, caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre au moyen d'un dispositif d'injection tel que défini précédemment.
Le procédé peut particulièrement comporter l'étape consistant à injecter un débit d'air dans le système d'injection compris entre 60 et 75 % du débit total d'air alimentant la chambre de combustion.
Le système d'injection, la chambre de combustion, la turbomachine et le procédé d'injection de carburant selon l'invention peuvent comporter l'une quelconque des caractéristiques précédemment énoncées, prises isolément ou selon toutes combinaisons techniquement possibles avec d'autres caractéristiques.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, ainsi qu'à l'examen des figures, schématiques et partielles, du dessin annexé, sur lequel :
- la figure 1 est une vue, en coupe axiale, d'une turbomachine d'un type connu,
- la figure 2 est une demi-vue, en coupe axiale, d'une chambre annulaire de combustion de la turbomachine de la figure 1,
- les figures 3 à 5 sont des demi-vues partielles, en coupe axiale, de trois exemples de réalisation d'un système d'injection pour chambre de combustion de turbomachine conforme à l'invention, et
- la figure 6 représente un exemple de vue selon AA de la figure 3, en vue complète et non en demi-vue comme sur la figure 3.
Dans l'ensemble de ces figures, des références identiques peuvent désigner des éléments identiques ou analogues.
De plus, les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Dans toute la description, il est noté que les termes amont et aval sont à considérer par rapport à une direction principale de l'écoulement de l'air dans l'injecteur (de l'amont vers l'aval). Les zones amont Am et aval Av sont repérées sur les figures 3 à 5.
Par ailleurs, on appelle axe T de la turbomachine 10, l'axe de symétrie radiale de la turbomachine 10. La direction axiale de la turbomachine 10 correspond à la direction de l'axe T de la turbomachine 10. Une direction radiale de la turbomachine 10 est une direction perpendiculaire à l'axe T de la turbomachine 10. En outre, sauf précision contraire, les adjectifs et adverbes axial, radial, axialement et radialement sont utilisés en référence aux directions axiale et radiale précitées. De plus, sauf précision contraire, les termes intérieur et extérieur sont utilisés en référence à une direction radiale de sorte que la partie intérieure d'un élément est plus proche de l'axe T de la turbomachine 10 que la partie extérieure du même élément.
Les figures 1 et 2 ont déjà été décrites précédemment dans la partie relative à l'état de la technique antérieure.
On a par ailleurs représenté sur les figures 3 à 5, en coupe axiale, trois exemples de réalisation d'un système d'injection 7 conforme à l'invention.
Ces trois exemples de réalisation diffèrent par le mode d'injection du carburant liquide, les veines d'alimentation en air interne Vi et externe Ve étant équivalentes entre les différents concepts. Ainsi, de façon commune aux trois exemples des figures 3, 4 et 5, le système d'injection 7 présente une symétrie de révolution autour de son axe d'émission de carburant 9. De plus, il comporte une veine d'alimentation en air interne Vi et une veine d'alimentation en air externe Ve, séparées par un venturi 40 de profil évolutif.
Plus précisément, ce venturi 40 comprend une partie 41 s'étendant radialement et reliée par son extrémité radialement interne à une partie conique convergente 42. Cette partie conique convergente 42 se prolonge en aval en une partie 43 s'étendant axialement.
De façon avantageuse, au moins deux veines d'alimentation en air sont nécessaires pour pouvoir pulvériser le carburant liquide et surtout pour pouvoir générer l'aérodynamique dans le système d'injection 7 et en aval de celui-ci.
De plus, l'ensemble de la section de passage du système d'injection 7, soit la veine d'air interne Vi et la veine d'air externe Ve, permet de calibrer le débit d'air qui doit être consacré au système d'injection 7 afin d'obtenir aux points de cycle souhaités la richesse du mélange et donc la température de flamme souhaitée pour limiter la formation de NOx. Cette section efficace est ainsi par exemple dimensionnée pour créer un mélange pauvre dont la combustion ne dépassera pas environ 1900 K dans la plage de fonctionnement moteur pour laquelle on souhaite optimiser la réduction des émissions de NOx.
Le pourcentage d'air traversant le système d'injection 7 par rapport au débit d'air total alimentant la chambre de combustion 1 peut être adapté à chaque cycle moteur. Typiquement, il sera de l'ordre de 60 % à 75 %, le débit d'air consacré à l'injection dans une chambre de combustion conventionnelle étant généralement de l'ordre de 5 % à 20 %. Plus précisément encore, la répartition d'air entre les deux veines d'air interne Vi et externe Ve peut être ajustée de sorte que 30 % à 60 % du débit total d'air traversant le système d'injection 7 traverse la veine d'air interne Vi et que 40 % à 70 % du débit total d'air traversant le système d'injection 7 travers la veine d'air externe Ve.
Les évolutions de section des veines d'alimentation en air interne Vi et externe Ve sont préférentiellement progressives et évitent les effets de marche qui peuvent être à l'origine de recirculations.
Par ailleurs, le système d'injection 7 comporte des moyens d'injection de carburant liquide 8 dans la veine d'alimentation en air interne Vi. Ces moyens d'injection 8 sont avantageusement configurés pour permettre la formation d'un film CL de carburant liquide cheminant sur la paroi interne 43i de la partie 43 s'étendant axialement du venturi 40. De la sorte, le film CL de carburant liquide est formé entre les écoulements d'air des veines d'alimentation en air interne Vi et externe Ve. Ce film CL est plus précisément situé dans une zone ZI d'atomisation, ou pulvérisation, du carburant qui se prolonge, en aval de la partie 43 s'étendant axialement du venturi 40, par une zone Z2 de mélange des veines d'air interne Vi et externe Ve et d'évaporation du carburant liquide CP. Cette zone Z2 est avantageusement délimitée extérieurement par une paroi 44 de forme convergente-divergente comprenant une partie convergente 44a et une partie divergente 44b, en aval de la partie convergente 44a, reliées entre elles par une zone de transition ZT au niveau de laquelle la paroi 44 de forme convergente-divergente présente un diamètre minimum.
Ainsi, de façon avantageuse, le système d'injection 7, devant assurer plusieurs fonctions, est divisé en différentes zones.
La zone la plus en amont, qui constitue l'entrée des veines d'alimentation en air interne Vi et externe Ve, permet de capter l'air pour alimenter les veines d'air interne Vi et externe Ve.
La zone d'atomisation ZI est une zone dans laquelle le carburant liquide est injecté puis pulvérisé. De façon avantageuse, la pulvérisation du carburant est obtenue par le cisaillement généré par les deux écoulements d'air qui enserrent la phase liquide du carburant. Les vitesses d'écoulement d'air dans les veines d'air interne Vi et externe Ve sont avantageusement dimensionnées de sorte à être maximales dans cette zone d'atomisation Zl. Ainsi, les vitesses d'écoulement d'air des veines d'air interne Vi et externe Ve sont par exemple de l'ordre de 100 m/s dans la zone d'atomisation Zl, tandis que le carburant liquide est par exemple injecté à une vitesse faible, de l'ordre de quelques mètres par seconde.
La zone de mélange et d'évaporation Z2 est une zone dans laquelle le mélange air/carburant est rendu plus uniforme et dans laquelle le carburant est vaporisé en partie ou en totalité, selon les exigences souhaitées, avant son introduction dans la chambre de combustion 1.
Ainsi, la conception de cette zone Z2 peut répondre à certains critères. En particulier, la taille de cette zone Z2 peut être déterminée de sorte à ce que le temps de séjour moyen soit inférieur au délai d'auto-inflammation du carburant. En fonction de la longueur de cette zone Z2, donc du temps de séjour des gouttes de carburant dans celleci, le carburant pourra être totalement vaporisé (configuration d'un injecteur de type LPP) ou partiellement vaporisé (configuration d'un injecteur de type LP). De plus, les éventuelles vrilles d'air présentes dans les veines d'air interne Vi et externe Ve sont avantageusement telles qu'aucune recirculation ne soit présente dans cette zone Z2, et peuvent aussi permettre de favoriser le mélange et la diffusion des gouttes de carburant dans les écoulements d'air. En outre, l'évolution de la section transversale de cette zone Z2, délimitée par la paroi annulaire 44 de forme convergente-divergente, est avantageusement progressive et dépourvue de marche et de variation brutale de sorte à éviter toute recirculation. La présence de la paroi annulaire 44 de forme convergentedivergente peut permettre d'une part d'accélérer l'écoulement avant sa sortie du système d'injection 7 afin de disposer d'une vitesse suffisante rendant impossible les remontées de flamme dans le système d'injection 7, et d'autre part de contrôler l'angle du mélange en sortie de système d'injection 7 de façon à ce qu'il soit bien adapté à la taille du fond de chambre 4 et de la zone primaire.
Enfin, en aval de la sortie du système d'injection 7, la zone correspondant à la zone primaire de la chambre de combustion 1, permet de contrôler l'aérodynamique et la dispersion du carburant dans la chambre de combustion 1, d'une part par le biais du swirl global de l'écoulement en sortie du système d'injection 7, et d'autre part par le biais de l'angle de la paroi 44 de forme convergente-divergente. De la sorte, il est possible de générer dans la zone primaire les recirculations propices à la stabilisation de la flamme pauvre.
En outre, de façon avantageuse dans ces trois exemples de réalisation des figures 3, 4 et 5, la veine d'alimentation en air externe Ve comporte une vrille d'air 45 (ou tourbillonneur), disposée au niveau de la partie 43 s'étendant axialement du venturi 40. Une telle vrille d'air 45 permet de créer un effet de rotation (ou « swirl » en anglais) de l'écoulement de l'air dans la veine d'air externe Ve de sorte à accroître le mélange air/carburant pour le rendre plus uniforme dès la sortie du système d'injection 7, et permet également de générer en aval du système d'injection 7 un noyau de recirculation favorable à la stabilisation de la flamme pauvre, autrement dit encore un écoulement dont l'aérodynamique permet de stabiliser la combustion au plus près de la sortie du système d'injection 7.
Quant à la veine d'alimentation d'air interne Vi, elle peut incorporer une vrille d'air (ou tourbillonneur) présentant un faible angle de vrille ou bien encore, comme pour les trois exemples de réalisation des figures 3, 4 et 5, être totalement dépourvue de vrille d'air. Il apparaît en effet que l'écoulement de la veine d'air interne Vi a notamment pour but d'assurer un « balayage » à l'intérieur de l'étage de vaporisation du système d'injection 7 empêchant qu'une recirculation ne puisse s'installer dans le système d'injection 7 qui pourrait conduire à des risques d'auto-inflammation et de remontée de flamme. A cet effet, la composante tangentielle de l'air issu de la veine d'air interne Vi est faible, voire nulle.
Il est à noter que le système d'injection 7 selon l'invention est un système d'injection pauvre qui n'intègre pas la fonction d'injecteur « pilote » telle qu'évoquée précédemment. Pour cette raison, une chambre de combustion 1 de turbomachine 10, comportant un tel système d'injection 7 selon l'invention, comporte avantageusement également un système d'injection supplémentaire dit « pilote », associé au système d'injection 7 et configuré pour assurer une stabilité de combustion. De cette façon, la flamme pauvre et la flamme pilote peuvent être aisément séparées, même dans une chambre de combustion 1 de faible dimension, et assurer leurs propres fonctionnalités.
Pour les trois exemples de réalisation des figures 3, 4 et 5, le carburant liquide est toujours injecté dans la veine d'alimentation en air interne Vi mais son mode d'injection peut changer.
Ainsi, en référence à la figure 3, les moyens d'injection de carburant liquide 8 peuvent comporter un ou plusieurs canaux d'injection de carburant formé(s) au moins en partie entre les parois interne 40i et externe 40e du venturi 40, et plus précisément entre les parois interne et externe de la partie 41 s'étendant radialement et de la partie conique convergente 42 du venturi 40. Ainsi, l'injection de carburant se fait à l'interface entre les deux écoulements d'air.
Plus précisément, sur la figure 3, le carburant est injecté sous la forme d'un film liquide de faible vitesse, quelques mètres par seconde, qui va alors cheminer le long de la paroi interne 43i de la partie 43 du venturi 40. II est alors pulvérisé du fait des forts gradients de vitesse entre le liquide et les deux écoulements d'air gazeux.
Le venturi 40 ménage ainsi un passage d'injection du carburant. Ce passage peut se présenter sous la forme d'un canal d'injection annulaire unique, ou bien encore sous la forme d'une pluralité de canaux d'injection 50, ou orifices d'injection, préférentiellement répartis régulièrement tout autour de l'axe d'émission de carburant 9, comme représentée sur la figure 6.
De plus, sur cette figure 6 est également représentée la vrille d'air 45 de la veine d'alimentation en air externe Ve qui comprend une pluralité de pales 45a espacées par une pluralité de fentes 45b pour le passage d'air.
Par ailleurs, en référence à la figure 4, les moyens d'injection de carburant liquide 8 peuvent comporter un injecteur de carburant disposé selon l'axe d'émission de carburant 9 du système d'injection 7, en amont de la partie conique convergente 42 du venturi 40. Plus précisément, cet injecteur de carburant 8 peut être un injecteur à pression (ou du type « pressure swirl atomizer » en anglais) assurant un premier étage de pulvérisation, comme représenté. Ainsi, le carburant est pré-pulvérisé par cet injecteur 8 mécanique, une partie du brouillard formé pouvant rester en mélange avec l'air de la veine d'air interne Vi tandis que l'autre partie vient ruisseler sur la paroi interne 43i de la partie 43 du venturi 40 de façon analogue à l'exemple de la figure 3.
Enfin, en référence à la figure 5, les moyens d'injection de carburant liquide 8 peuvent comporter une pluralité de jets d'injection de carburant formés au travers de la paroi annulaire 46 délimitant intérieurement la veine d'alimentation en air interne Vi, répartis de façon symétrique par rapport à l'axe d'émission de carburant 9 du système d'injection 7. Ainsi, les moyens d'injection 8 peuvent se présenter sous la forme d'un injecteur multi-jets 8, le carburant étant injecté par ces multiples jets discrets de faible vitesse qui viennent en partie impacter la paroi interne 431 de la partie 43 du venturi 40 pour créer un film de carburant liquide CL de façon analogue à l'exemple de la figure 3 et qui sont, pour une autre partie, pulvérisés par l'écoulement de la veine d'air interne Vi. Selon l'angle des jets et leur nombre, il est possible de gérer la quantité de carburant restant dans la veine d'air interne Vi et celui impactant la paroi interne 43i de la partie 43. Cela constitue donc un levier supplémentaire, d'une part à la répartition d'air entre veine interne Vi et veine externe Ve et d'autre part aux vrilles d'air éventuelles de ces veines, pour optimiser l'homogénéité du mélange entre air et carburant.
Grâce au système d'injection 7 selon l'invention, les risques d'autoinflammation et de remontée de flamme dans le système d'injection 7 sont ainsi limités et maîtrisés par le biais notamment d'une absence de recirculation dans l'étage de vaporisation, par le biais d'un dimensionnement de l'étage de vaporisation (longueur, diamètre, ...) défini de sorte que le temps de séjour moyen du mélange dans le système d'injection 7 soit très inférieur à son délai d'inflammation, et par le biais de la présence d'une paroi 44 de forme convergente-divergente en sortie du système d'injection 7 qui permet d'assurer un niveau de vitesse d'air suffisant pour empêcher la remontée de flamme dans le système d'injection 7.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. Diverses modifications peuvent y être apportées par l'homme du métier.

Claims (10)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système d'injection (7) pour chambre de combustion (1) de turbomachine (10), caractérisé en ce qu'il comporte :
    - une veine d'alimentation en air interne (Vi) et une veine d'alimentation en air externe (Ve), séparées par un venturi (40) comprenant une partie (41) s'étendant radialement, une partie conique convergente (42) et une partie (43) s'étendant axialement,
    - des moyens d'injection de carburant liquide (8) dans la veine d'alimentation en air interne (Vi) configurés pour permettre la formation d'un film (CL) de carburant liquide entre les écoulements d'air des veines d'alimentation en air interne (Vi) et externe (Ve) dans une zone (Zl) d'atomisation du carburant qui se prolonge par une zone (Z2) de mélange des veines d'air interne (Vi) et externe (Ve) et d'évaporation du carburant liquide (CP), délimitée extérieurement par une paroi (44) de forme convergente-divergente comprenant une partie convergente (44a) et une partie divergente (44b) reliées entre elles par une zone de transition (ZT) de diamètre minimum.
  2. 2. Système d'injection selon la revendication 1, caractérisé en ce que la veine d'alimentation en air externe (Ve) comporte une vrille d'air (45), disposée notamment au niveau de la partie (43) s'étendant axialement du venturi (40).
  3. 3. Système d'injection selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens d'injection de carburant liquide (8) comportent un ou plusieurs canaux d'injection (50) de carburant formé(s) au moins en partie entre les parois interne (401) et externe (40e) du venturi (40), notamment entre les parois interne et externe de la partie (41) s'étendant radialement et de la partie conique convergente (42) du venturi (40).
  4. 4. Système d'injection selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'injection de carburant liquide (8) comportent un injecteur de carburant disposé selon l'axe d'émission de carburant (9) du système d'injection (7), en amont de la partie conique convergente (42) du venturi (40).
  5. 5. Système d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'injection de carburant liquide (8) comportent une pluralité de jets d'injection de carburant formés au travers de la paroi annulaire (46) délimitant intérieurement la veine d'alimentation en air interne (Vi), répartis de façon symétrique par rapport à l'axe d'émission de carburant (9) du système d'injection (7).
  6. 6. Système d'injection selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la veine d'alimentation en air interne (Vi) comporte une vrille d'air.
  7. 7. Chambre de combustion (1) de turbomachine (10), caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un système d'injection (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes.
  8. 8. Chambre de combustion selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre un système d'injection supplémentaire dit « pilote », associé au système d'injection (7), configuré pour assurer une stabilité de combustion.
  9. 9. Turbomachine (10), caractérisée en ce qu'elle comporte une chambre de combustion (1) selon la revendication 7 ou 8.
  10. 10. Procédé d'injection de carburant dans une chambre de combustion (1) de turbomachine (10), caractérisé en ce qu'il est mis en œuvre au moyen d'un système d'injection (7) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, et en ce qu'il comporte l'étape consistant à injecter un débit d'air dans le système d'injection (7) compris entre 60 et 75 % du débit total d'air alimentant la chambre de combustion (1).
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