FR3095499A1 - INJECTOR OF A MIXTURE OF AIR AND FUEL FOR A TURBOMACHINE COMBUSTION CHAMBER - Google Patents

INJECTOR OF A MIXTURE OF AIR AND FUEL FOR A TURBOMACHINE COMBUSTION CHAMBER Download PDF

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Abstract

Injecteur (12’) d’un mélange d’air et de carburant pour une chambre de combustion (10) d’une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un corps (14) comprenant ou définissant au moins un circuit de carburant (16) et au moins un circuit d’air (18), l’injecteur comportant en outre une coupole (20’) située à une extrémité dudit corps et configurée pour délimiter une chambre (22) de prémélange de l’air et du carburant sortant desdits circuits, la coupole comportant une ouverture (24’) de projection d’un cône air-carburant, caractérisé en ce que cette ouverture a un bord périphérique (26’) présentant des encoches (30’). Figure pour l’abrégé : Figure 3Injector (12 ') of an air and fuel mixture for a combustion chamber (10) of a turbomachine, in particular of an aircraft, comprising a body (14) comprising or defining at least one fuel circuit ( 16) and at least one air circuit (18), the injector further comprising a dome (20 ') located at one end of said body and configured to define a chamber (22) for premixing the air and the fuel leaving said circuits, the dome comprising an opening (24 ') for projecting an air-fuel cone, characterized in that this opening has a peripheral edge (26') having notches (30 '). Figure for the abstract: Figure 3

Description

INJECTEUR D’UN MELANGE D’AIR ET DE CARBURANT POUR UNE CHAMBRE DE COMBUSTION D’UNE TURBOMACHINEINJECTOR OF A MIXTURE OF AIR AND FUEL FOR A COMBUSTION CHAMBER OF A TURBOMACHINE

Domaine technique de l'inventionTechnical field of the invention

La présente invention concerne un injecteur d’un mélange d’air et de carburant pour une chambre de combustion d’une turbomachine, en particulier d’aéronef.The present invention relates to an injector of a mixture of air and fuel for a combustion chamber of a turbomachine, in particular an aircraft.

Arrière-plan techniqueTechnical background

L’état de l’art comprend notamment les documents FR-A1-2 976 346 et FR-A1-2 996 289.The state of the art includes in particular documents FR-A1-2 976 346 and FR-A1-2 996 289.

Une turbomachine d’aéronef comprend une chambre annulaire de combustion qui est équipée de plusieurs injecteurs de carburant, ce carburant étant destiné à être mélangé à de l’air provenant d’un compresseur de la turbomachine. Il existe plusieurs technologies d’injecteurs. La présente invention concerne les injecteurs qui sont configurés pour injecter un mélange d’air et de carburant, appelés injecteurs aérodynamiques. Plus exactement, ces injecteurs comportent chacun un corps comprenant ou définissant au moins un circuit de carburant et au moins un circuit d’air. L’injecteur comporte en outre une coupole située à une extrémité du corps et configurée pour délimiter une chambre de prémélange de l’air et du carburant sortant des circuits à cette extrémité du corps. La coupole comporte une ouverture de projection d’un cône air-carburant à l’intérieur de la chambre de combustion.An aircraft turbomachine comprises an annular combustion chamber which is equipped with several fuel injectors, this fuel being intended to be mixed with air coming from a compressor of the turbomachine. There are several injector technologies. The present invention relates to injectors which are configured to inject a mixture of air and fuel, called aerodynamic injectors. More precisely, these injectors each comprise a body comprising or defining at least one fuel circuit and at least one air circuit. The injector further comprises a dome located at one end of the body and configured to delimit a premixing chamber for the air and fuel exiting the circuits at this end of the body. The cupola has an opening for projecting an air-fuel cone inside the combustion chamber.

Dans la technique actuelle, l’ouverture de la coupole a un bord périphérique circulaire et on constate que le cône air-carburant est stratifié et comprend un centre vide car le carburant est concentré à la périphérie du cône. Cette stratification est problématique car elle peut entraîner une extinction de la flamme dans la chambre de combustion, en particulier lors d’une phase de décélération sévère du moteur.In the current technique, the cupola opening has a circular peripheral edge and it is seen that the air-fuel cone is stratified and includes an empty center because the fuel is concentrated at the periphery of the cone. This stratification is problematic because it can cause the flame to go out in the combustion chamber, especially during a severe engine deceleration phase.

L’invention propose un perfectionnement à cette technologie, qui est simple, efficace et économique.The invention proposes an improvement to this technology, which is simple, effective and economical.

L’invention propose à cet effet un injecteur d’un mélange d’air et de carburant pour une chambre de combustion d’une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un corps comprenant ou définissant au moins un circuit de carburant et au moins un circuit d’air, l’injecteur comportant en outre une coupole située à une extrémité dudit corps et configurée pour délimiter une chambre de prémélange de l’air et du carburant sortant desdits circuits, la coupole comportant une ouverture de projection d’un cône air-carburant, caractérisé en ce que cette ouverture a un bord périphérique présentant des encoches.The invention proposes for this purpose an injector of a mixture of air and fuel for a combustion chamber of a turbomachine, in particular of an aircraft, comprising a body comprising or defining at least one fuel circuit and at least an air circuit, the injector further comprising a cupola located at one end of said body and configured to delimit a premixing chamber for the air and fuel exiting from said circuits, the cupola comprising a projection opening of a cone air-fuel, characterized in that this opening has a peripheral edge presenting notches.

L’invention permet de modifier la forme du cône air-carburant en évitant le phénomène de stratification de la technique antérieure. Du fait de la forme non circulaire du bord périphérique de la coupole, le mélange air-carburant est mieux dispersé dans le cône et occupe au moins une partie de son centre. Il y a donc moins de risque d’extinction de la flamme dans la chambre de combustion équipée de cet injecteur, même lors des changements de régimes du moteur.The invention makes it possible to modify the shape of the air-fuel cone while avoiding the stratification phenomenon of the prior art. Due to the non-circular shape of the peripheral edge of the cupola, the air-fuel mixture is better dispersed in the cone and occupies at least part of its center. There is therefore less risk of the flame going out in the combustion chamber equipped with this injector, even during engine speed changes.

L’injecteur selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres :The injector according to the invention may comprise one or more of the following characteristics, taken separately from each other or in combination with each other:

- les encoches sont régulièrement réparties sur ledit bord périphérique,- the notches are regularly distributed on said peripheral edge,

- le nombre d’encoches est compris entre 4 et 10,- the number of notches is between 4 and 10,

- les encoches s’étendent sensiblement radialement par rapport à un axe de l’injecteur ou de la coupole,- the notches extend substantially radially with respect to an axis of the injector or of the dome,

- ledit bord périphérique a un diamètre minimal D1 correspondant aux bases des encoches et un diamètre maximal D2 correspondant aux sommets des encoches, avec D2 > 1,3.D1,- said peripheral edge has a minimum diameter D1 corresponding to the bases of the notches and a maximum diameter D2 corresponding to the tops of the notches, with D2 > 1.3.D1,

- ledit bord périphérique est ondulé,- said peripheral edge is corrugated,

- ledit bord périphérique a une forme de fleur ou d’étoile,- said peripheral edge has the shape of a flower or a star,

- les encoches ont chacune une forme en U ou V ou en arc de cercle,- the notches each have a U or V shape or an arc of a circle,

-- la coupole est incurvée ou bombée, par exemple en forme de portion de sphère et comprend ladite ouverture à son sommet.- the dome is curved or curved, for example in the shape of a portion of a sphere and comprises said opening at its top.

La présente invention concerne également une chambre de combustion pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins un injecteur tel que décrit ci-dessus.The present invention also relates to a combustion chamber for a turbomachine, in particular an aircraft, comprising at least one injector as described above.

La présente invention concerne également une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins un injecteur tel que décrit ci-dessus ou une chambre de combustion telle que décrite ci-dessus.The present invention also relates to a turbomachine, in particular for an aircraft, comprising at least one injector as described above or a combustion chamber as described above.

Brève description des figuresBrief description of figures

L’invention sera mieux comprise et d’autres détails, caractéristiques et avantages de l’invention 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 est une vue très schématique en coupe axiale d’un injecteur monté sur une paroi d’une chambre de combustion, selon la technique antérieure,
la figure 2 est une vue très schématique du bord périphérique de l’ouverture de la coupole de l’injecteur de la figure 1,
la figure 3 est une vue très schématique en coupe axiale d’un injecteur monté sur une paroi d’une chambre de combustion, selon l’invention,
la figure 4 est une vue très schématique du bord périphérique de l’ouverture de la coupole de l’injecteur de la figure 3, et
la figure 5 est une vue schématique partielle en perspective d’un injecteur selon un mode de réalisation de l’invention.
The invention will be better understood and other details, characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following description given by way of non-limiting example and with reference to the appended drawings, in which:
Figure 1 is a very schematic view in axial section of an injector mounted on a wall of a combustion chamber, according to the prior art,
figure 2 is a very schematic view of the peripheral edge of the opening of the dome of the injector of figure 1,
FIG. 3 is a very schematic view in axial section of an injector mounted on a wall of a combustion chamber, according to the invention,
Figure 4 is a very schematic view of the peripheral edge of the opening of the dome of the injector of Figure 3, and
FIG. 5 is a partial schematic perspective view of an injector according to one embodiment of the invention.

Description détaillée de l'inventionDetailed description of the invention

La figure 1 est une vue très schématisée d’une chambre de combustion 10 d’une turbomachine d’aéronef, cette chambre de combustion ayant, de manière connue par un homme du métier, une forme générale annulaire et étant équipée d’une série d’injecteurs 12 d’un mélange air et de carburant.FIG. 1 is a very diagrammatic view of a combustion chamber 10 of an aircraft turbomachine, this combustion chamber having, in a manner known to those skilled in the art, a general annular shape and being equipped with a series of injectors 12 of an air and fuel mixture.

L’air provient en général d’un compresseur (non représenté) situé en amont de la chambre de combustion 10, les expressions amont et aval faisant référence à l’écoulement des gaz dans la turbomachine.
La chambre de combustion 10 comprend une paroi 10a qui comprend des orifices de montage des injecteurs 12. Chaque injecteur 12 comprend un corps 14 comprenant ou définissant au moins un circuit de carburant 16 et au moins un circuit d’air 18.
L’injecteur 12 comporte en outre une coupole 20 située à une extrémité du corps et configurée pour délimiter une chambre 22 de prémélange de l’air et du carburant sortant des circuits 14, 16.
La coupole 20 comporte une ouverture 24 de projection d’un cône air-carburant 26. Le bord périphérique 26 de l’ouverture 24, représenté à la figure 2, a une forme générale circulaire dans l’état de la technique, et produit un cône 28 stratifié comme évoqué dans ce qui précède. Ce cône 28 comporte un centré 28a vide, c’est-à-dire dépourvu de carburant, et une périphérie 28b dans laquelle se concentre le carburant.
Le cône 28 est injecté dans une première zone réaction Z1 de la chambre de combustion 10, cette première zone Z1 alimentant une seconde zone de réaction Z2 pour la production d’une flamme 29 dans la chambre 10.
L’invention est illustrée par les figures 3 et 4 notamment.
L’injecteur 12’ de ces figures 3 et 4 diffère de celui des figures 1 et 2 en ce que sa coupole 20’ comporte une ouverture 24’ de projection d’un cône air-carburant 28, dont le bord périphérique 26’ comprend des encoches 30’. Les encoches 30’ s’étendent sensiblement radialement par rapport à l’axe de l’injecteur ou de la coupole.
Les encoches 30’ sont de préférence régulièrement réparties sur le bord périphérique 26’. Le nombre d’encoches peut être compris entre 4 et 10.
The air generally comes from a compressor (not shown) located upstream of the combustion chamber 10, the expressions upstream and downstream referring to the flow of gases in the turbomachine.
The combustion chamber 10 comprises a wall 10a which comprises mounting holes for the injectors 12. Each injector 12 comprises a body 14 comprising or defining at least one fuel circuit 16 and at least one air circuit 18.
The injector 12 further comprises a dome 20 located at one end of the body and configured to delimit a chamber 22 for premixing the air and fuel exiting the circuits 14, 16.
The dome 20 comprises an opening 24 for the projection of an air-fuel cone 26. The peripheral edge 26 of the opening 24, represented in FIG. 2, has a generally circular shape in the state of the art, and produces a laminated cone 28 as mentioned above. This cone 28 has a center 28a empty, that is to say devoid of fuel, and a periphery 28b in which the fuel is concentrated.
The cone 28 is injected into a first reaction zone Z1 of the combustion chamber 10, this first zone Z1 feeding a second reaction zone Z2 for the production of a flame 29 in the chamber 10.
The invention is illustrated by FIGS. 3 and 4 in particular.
The injector 12' of these figures 3 and 4 differs from that of figures 1 and 2 in that its cupola 20' comprises an opening 24' for the projection of an air-fuel cone 28, the peripheral edge 26' of which comprises 30' notches. The notches 30' extend substantially radially relative to the axis of the injector or of the dome.
The notches 30' are preferably regularly distributed over the peripheral edge 26'. The number of notches can be between 4 and 10.

Le bord périphérique 26’ a un diamètre minimal D1 correspondant aux bases (ou extrémités radialement internes) des encoches 30’ et un diamètre maximal D2 correspondant aux sommets (ou extrémités radialement externes) des encoches. De préférence, D2 > 1,3.D1.The peripheral edge 26' has a minimum diameter D1 corresponding to the bases (or radially inner ends) of the notches 30' and a maximum diameter D2 corresponding to the vertices (or radially outer ends) of the notches. Preferably, D2 > 1.3.D1.

Le bord périphérique 26’ peut être ondulé comme représenté à la figure 4. Cette figure 4 montre un bord périphérique 26’ en forme de fleur ou d’étoile. Les encoches 30’ peuvent avoir chacune une forme en U ou V ou en arc de cercle.The peripheral edge 26' can be corrugated as represented in figure 4. This figure 4 shows a peripheral edge 26' in the shape of a flower or a star. The 30' notches can each have a U or V shape or an arc of a circle.

La présence des encoches 30’ sur le bord 26’ permet de modifier la forme du cône 28, en augmentant son angle solide par exemple, et de favoriser le mélange de l’air et du carburant et sa répartition sur l’intégralité du volume du cône. Les interactions entre les zones Z1 et Z2 sont optimisées, ce qui permet de garantir le maintien de la flamme 29, en particulier lors des changements de régimes du moteur.The presence of the notches 30' on the edge 26' makes it possible to modify the shape of the cone 28, by increasing its solid angle for example, and to promote the mixing of air and fuel and its distribution over the entire volume of the cone. The interactions between the zones Z1 and Z2 are optimized, which makes it possible to guarantee the maintenance of the flame 29, in particular during changes in engine speeds.

La figure 5 représente un exemple plus concret de réalisation d’un injecteur 12 selon l’invention, la coupole 20’ comportant ici cinq encoches 30’ régulièrement réparties et espacées circonférentiellement les unes des autres autour de l’axe de la coupole.FIG. 5 represents a more concrete embodiment of an injector 12 according to the invention, the dome 20' here comprising five notches 30' regularly distributed and spaced apart circumferentially from each other around the axis of the dome.

Claims (10)

Injecteur (12’) d’un mélange d’air et de carburant pour une chambre de combustion (10) d’une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant un corps (14) comprenant ou définissant au moins un circuit de carburant (16) et au moins un circuit d’air (18), l’injecteur comportant en outre une coupole (20’) située à une extrémité dudit corps et configurée pour délimiter une chambre (22) de prémélange de l’air et du carburant sortant desdits circuits, la coupole comportant une ouverture (24’) de projection d’un cône air-carburant, caractérisé en ce que cette ouverture a un bord périphérique (26’) présentant des encoches (30’).Injector (12 ') of an air and fuel mixture for a combustion chamber (10) of a turbomachine, in particular of an aircraft, comprising a body (14) comprising or defining at least one fuel circuit ( 16) and at least one air circuit (18), the injector further comprising a dome (20 ') located at one end of said body and configured to define a chamber (22) for premixing the air and the fuel leaving said circuits, the dome comprising an opening (24 ') for projecting an air-fuel cone, characterized in that this opening has a peripheral edge (26') having notches (30 '). Injecteur (12’) selon la revendication 1, dans lequel les encoches (30’) sont régulièrement réparties sur ledit bord périphérique (26’).An injector (12 ’) according to claim 1, in which the notches (30’) are evenly distributed over said peripheral edge (26 ’). Injecteur (12’) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le nombre d’encoches (30’) est compris entre 4 et 10.An injector (12 ’) according to claim 1 or 2, wherein the number of notches (30’) is between 4 and 10. Injecteur (12’) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les encoches (30’) s’étendent sensiblement radialement par rapport à un axe de l’injecteur ou de la coupole (20’).An injector (12 ’) according to any one of the preceding claims, in which the notches (30’) extend substantially radially with respect to an axis of the injector or of the dome (20 ’). Injecteur (12’) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit bord périphérique (26’) a un diamètre minimal D1 correspondant aux bases des encoches (30’) et un diamètre maximal D2 correspondant aux sommets des encoches, avec D2 > 1,3.D1.Injector (12 ') according to one of the preceding claims, wherein said peripheral edge (26') has a minimum diameter D1 corresponding to the bases of the notches (30 ') and a maximum diameter D2 corresponding to the tops of the notches, with D2> 1.3.D1. Injecteur (12’) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit bord périphérique (26’) est ondulé.An injector (12 ’) according to any preceding claim, wherein said peripheral edge (26’) is corrugated. Injecteur (12’) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit bord périphérique (26’) a une forme de fleur ou d’étoile.An injector (12 ’) according to any preceding claim, wherein said peripheral edge (26’) is shaped like a flower or a star. Injecteur (12’) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les encoches (30’) ont chacune une forme en U ou V ou en arc de cercle.An injector (12 ’) according to one of the preceding claims, in which the notches (30’) are each U or V or arcuate in shape. Chambre de combustion pour une turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins un injecteur (12’) selon l’une des revendications précédentes.Combustion chamber for a turbomachine, in particular an aircraft, comprising at least one injector (12 ’) according to one of the preceding claims. Turbomachine, en particulier d’aéronef, comportant au moins un injecteur (12’) selon l’une des revendications 1 à 8 ou une chambre de combustion (10) selon la revendication 9.Turbomachine, in particular of an aircraft, comprising at least one injector (12 ’) according to one of claims 1 to 8 or a combustion chamber (10) according to claim 9.
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