FR3117193A1 - Burner with improved primary combustion zone - Google Patents

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FR3117193A1
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lean burn
fuel injector
annular wall
less
combustion chamber
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Luca Tentorio
Imon-Kalyan Bagchi
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Rolls Royce PLC
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Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
Rolls Royce PLC
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Abstract

Un brûleur à mélange pauvre (16) comprend une pluralité d’injecteurs de carburant à mélange pauvre (50), comprenant chacun un bras d’alimentation en carburant (52) et une tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre (54) avec une pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre (72), la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre comprenant un injecteur de carburant pilote et un injecteur de carburant principal, l’injecteur de carburant principal étant agencé de manière coaxiale et radiale vers l’extérieur de l’injecteur de carburant pilote ; et une chambre de combustion (60) s’étendant le long d’une direction axiale (62) et comprenant une paroi annulaire radialement interne (64), une paroi annulaire radialement externe (66) et un panneau de mesure (68) définissant la taille et la forme de la chambre de combustion, où la chambre de combustion comprend une zone de combustion primaire (80) et une zone de combustion secondaire (82). Figure pour l’abrégé : [Figure. 5]A lean burn burner (16) includes a plurality of lean burn fuel injectors (50), each including a fuel feed arm (52) and a lean burn fuel injector head (54) with a lean burn fuel injector head tip (72), the lean burn fuel injector head including a pilot fuel injector and a main fuel injector, the main fuel injector being arranged coaxially and radial outward from the pilot fuel injector; and a combustion chamber (60) extending along an axial direction (62) and including a radially inner annular wall (64), a radially outer annular wall (66) and a metering panel (68) defining the size and shape of the combustion chamber, wherein the combustion chamber includes a primary combustion zone (80) and a secondary combustion zone (82). Figure for abstract: [Figure. 5]

Description

Brûleur avec zone de combustion primaire amélioréeBurner with improved primary combustion zone

La présente divulgation se rapporte à un équipement de combustion, et en particulier à des brûleurs à mélange pauvre pour des moteurs à turbine à gaz pour des applications aéronautiques, industrielles et marines.This disclosure relates to combustion equipment, and in particular to lean burn burners for gas turbine engines for aeronautical, industrial and marine applications.

Arrière-plan techniqueTechnical background

Un moteur à turbine à gaz pour des applications aéronautiques comprend typiquement, dans un agencement à écoulement axial, une soufflante, un ou plusieurs compresseurs, un système de combustion et une ou plusieurs turbines. Le système de combustion comprend typiquement une pluralité d’injecteurs de carburant ayant des tuyères de pulvérisation de carburant qui combinent des flux de carburant et d’air et génèrent des jets de carburant liquide atomisé dans une chambre de combustion. Le mélange d’air et de carburant liquide atomisé est ensuite brûlé dans la chambre de combustion et les produits de combustion chauds résultants se détendent par la suite à travers la ou les plusieurs turbines, et ainsi les entraînent.A gas turbine engine for aeronautical applications typically includes, in an axial flow arrangement, a fan, one or more compressors, a combustion system and one or more turbines. The combustion system typically includes a plurality of fuel injectors having fuel spray nozzles that combine fuel and air streams and generate jets of atomized liquid fuel in a combustion chamber. The mixture of air and atomized liquid fuel is then burned in the combustion chamber and the resulting hot combustion products subsequently expand through the turbine(s), and so entrain them.

Il existe un besoin continuel de réduire l’impact environnemental des moteurs à turbine à gaz en termes d’émissions de carbone et d’oxydes nitreux (NOx), qui commencent à se former à des températures élevées et augmentent de manière exponentielle avec l’augmentation de la température.There is a continuing need to reduce the environmental impact of gas turbine engines in terms of carbon and nitrous oxide (NOx) emissions, which begin to form at high temperatures and increase exponentially with temperature. temperature increase.

Afin de résoudre le problème des émissions de NOx, la technologie de combustion « à mélange pauvre » a été proposée. Lors d’une combustion à mélange pauvre, le rapport air-carburant (AFR) est supérieur à un rapport stœchiométrique, ce qui permet de maintenir la température de combustion dans des limites connues pour réduire la production de NOx.In order to solve the problem of NOx emissions, "lean burn" combustion technology has been proposed. During lean-burn combustion, the air-fuel ratio (AFR) is above a stoichiometric ratio, keeping the combustion temperature within known limits to reduce NOx production.

Par ailleurs, le maintien de la température de combustion relativement basse pourrait conduire à une combustion incomplète ou faible, qui à son tour peut conduire à la production d’autres polluants, tels que le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures non brûlés (UHC), et/ou à l’instabilité de la flamme et au grondement, qui à son tour peut provoquer une rupture par fatigue des composants dans le moteur et/ou l’inconfort des passagers, selon la fréquence du grondement.On the other hand, keeping the combustion temperature relatively low could lead to incomplete or weak combustion, which in turn can lead to the production of other pollutants, such as carbon monoxide (CO) and unburned hydrocarbons ( UHC), and/or flame instability and rumbling, which in turn can cause fatigue failure of components in the engine and/or passenger discomfort, depending on the frequency of the rumble.

Les moteurs à turbine à gaz pour des applications industrielles et marines sont confrontés à des défis similaires à ceux des moteurs à turbine à gaz pour des applications aéronautiques.Gas turbine engines for industrial and marine applications face similar challenges as gas turbine engines for aeronautical applications.

Il y a donc un besoin de proposer un système de combustion à mélange pauvre pour des moteurs d’aéronefs, industriels et marins qui permet de réduire les émissions de moteur de NOx, ainsi que de CO et UHC, et d’améliorer l’opérabilité de moteur.There is therefore a need to provide a lean burn combustion system for aircraft, industrial and marine engines which makes it possible to reduce engine emissions of NOx, as well as CO and UHC, and to improve operability. of engine.

Résumé de la divulgationDisclosure Summary

Selon un premier aspect, un brûleur à mélange pauvre est fourni, lequel brûleur comprenant : une pluralité d’injecteurs de carburant à mélange pauvre, comprenant chacun un bras d’alimentation en carburant et une tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre avec une pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre, où la pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre a un diamètre (d) de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre, la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre comprenant un injecteur de carburant pilote et un injecteur de carburant principal, l’injecteur de carburant principal étant agencé de manière coaxiale et radiale vers l’extérieur de l’injecteur de carburant pilote ; et une chambre de combustion s’étendant le long d’une direction axiale et comprenant une paroi annulaire radialement interne, une paroi annulaire radialement externe et un panneau de mesure prévu en amont des parois annulaires radialement interne et radialement externe avec une pluralité d’ouvertures adaptées pour recevoir les pointes de têtes d’injecteurs de carburant à mélange pauvre. La paroi annulaire radialement interne, la paroi annulaire radialement externe et le panneau de mesure définissent la taille et la forme de la chambre de combustion, où la chambre de combustion a une longueur de chambre de combustion (L) et comprend une zone de combustion primaire avec une longueur de zone de combustion primaire (Z) et une profondeur de zone de combustion primaire (D), et une zone de combustion secondaire avec une longueur de zone de combustion secondaire (L-Z) agencée en aval de la zone de combustion primaire. Selon le premier aspect, un rapport L/D de la longueur de chambre de combustion sur la profondeur de zone de combustion primaire est inférieur à 2,0.According to a first aspect, a lean burn burner is provided, which burner comprises: a plurality of lean burn fuel injectors, each comprising a fuel delivery arm and a lean burn fuel injector head with a lean burn fuel injector head tip, wherein the lean burn fuel injector head tip has a lean burn fuel injector head tip diameter (d), the injector head of lean burn fuel comprising a pilot fuel injector and a main fuel injector, the main fuel injector being arranged coaxially and radially outward from the pilot fuel injector; and a combustion chamber extending along an axial direction and comprising a radially inner annular wall, a radially outer annular wall and a metering panel provided upstream of the radially inner and radially outer annular walls with a plurality of openings adapted to receive the tip tips of lean burn fuel injectors. The radially inner annular wall, radially outer annular wall, and metering panel define the size and shape of the combustion chamber, where the combustion chamber has a combustion chamber length (L) and includes a primary combustion zone with a primary combustion zone length (Z) and a primary combustion zone depth (D), and a secondary combustion zone with a secondary combustion zone length (L-Z) arranged downstream of the primary combustion zone. According to the first aspect, an L/D ratio of combustion chamber length to primary combustion zone depth is less than 2.0.

Dans la présente divulgation, les positions amont et aval sont définies par rapport au flux de carburant et d’air à travers le brûleur, et les positions avant et arrière sont définies par rapport au brûleur à mélange pauvre, c’est-à-dire que les injecteurs de carburant à mélange pauvre sont à l’avant et la chambre de combustion est à l’arrière.In this disclosure, the upstream and downstream positions are defined with respect to the flow of fuel and air through the burner, and the fore and aft positions are defined with respect to the lean burn burner, i.e. that the lean burn fuel injectors are at the front and the combustion chamber is at the rear.

Une combinaison unique de paramètres non dimensionnels pour la chambre de combustion a été trouvée, laquelle permet le développement de l’aérodynamique de brûleur pour optimiser le rendement de combustion et minimiser les NOX et la fumée. Le brûleur à mélange pauvre selon la divulgation permet à ce qu’on appelle une zone de recirculation en forme de S de se former dans la zone de combustion primaire de la chambre de combustion, ce qui permet à la tuyère de carburant pilote de favoriser la combustion de tuyère de carburant principal. En particulier, une chambre de combustion selon la divulgation permet au mélange de combustion de carburant pilote et d’air provenant de l’injecteur de carburant pilote de former une recirculation de flux en forme de S. Dans le détail, le mélange de combustion de carburant pilote et d’air provenant de l’injecteur de carburant pilote peut atteindre un point de stagnation dans la zone de combustion primaire, où la vitesse locale du mélange de carburant pilote et d’air est nulle, revenir en arrière vers les injecteurs de carburant à mélange pauvre, et être dévié (en raison de la faible pression statique dans le courant d’écoulement principal) vers les parois annulaires radialement interne et radialement externe de la chambre de combustion pour rejoindre le mélange de combustion de carburant principal et d’air provenant de l’injecteur de carburant principal et favoriser la combustion de celui-ci. En d’autres termes, le mélange de combustion de carburant pilote et d’air provenant de l’injecteur de carburant pilote peut s’écouler le long d’une trajectoire en forme de S.A unique combination of non-dimensional parameters for the combustion chamber has been found, which allows the development of burner aerodynamics to optimize combustion efficiency and minimize NOX and smoke. The lean burn burner according to the disclosure allows a so-called S-shaped recirculation zone to form in the primary combustion zone of the combustion chamber, which allows the pilot fuel nozzle to promote the main fuel nozzle combustion. In particular, a combustion chamber according to the disclosure allows the combustion mixture of pilot fuel and air from the pilot fuel injector to form an S-shaped flow recirculation. In detail, the combustion mixture of pilot fuel and air from the pilot fuel injector can reach a stagnation point in the primary combustion zone, where the local velocity of the pilot fuel and air mixture is zero, flow back to the pilot fuel injectors lean burn fuel, and be diverted (due to low static pressure in the main flow stream) to the radially inner and radially outer annular walls of the combustion chamber to join the combustion mixture of main fuel and air from the main fuel injector and promote its combustion. In other words, the combustion mixture of pilot fuel and air from the pilot fuel injector can flow along an S-shaped path.

L’homme du métier comprendrait que lors de la conception d’une chambre de combustion pour un brûleur à mélange pauvre, une étude aérodynamique doit être réalisée pour une taille de chambre de combustion quelconque afin d’optimiser l’aérodynamique et la combustion du mélange de carburant et d’air. Il a été constaté de manière surprenante qu’un brûleur à mélange pauvre peut être agrandi et réduit sans affecter le rendement de combustion. En d’autres termes, comme le rapport L/D est non dimensionnel, pour une large gamme de tailles de la chambre de combustion du brûleur à mélange pauvre selon la divulgation, la zone de recirculation en forme de S peut être formée de manière efficace et efficiente dans la zone de combustion primaire.Those skilled in the art would understand that when designing a combustor for a lean burn burner, an aerodynamic study should be performed for any combustor size to optimize aerodynamics and combustion of the mixture. fuel and air. It has surprisingly been found that a lean burn burner can be scaled up and down without affecting combustion efficiency. In other words, since the L/D ratio is non-dimensional, for a wide range of combustion chamber sizes of the lean burn burner according to the disclosure, the S-shaped recirculation zone can be formed efficiently. and efficient in the primary combustion zone.

Par exemple, un brûleur à mélange pauvre peut être dimensionné pour des moteurs adaptés pour être montés sur des aéronefs de petite, moyenne et grande tailles.For example, a lean burn burner can be sized for engines suitable for mounting on small, medium and large aircraft.

Dans des modes de réalisation, le rapport L/D de la longueur de chambre de combustion L sur la profondeur de zone de combustion primaire D peut être inférieur à 1,9, par exemple inférieur à 1,8, ou inférieur à 1,75, ou inférieur à 1,70, ou inférieur à 1,65, ou inférieur à 1,60. Le rapport L/D de la longueur de chambre de combustion L sur la profondeur de zone de combustion primaire D peut être supérieur à 1,0, par exemple supérieur à 1,05, ou supérieur à 1,10, ou supérieur à 1,15, ou supérieur à 1,20, ou supérieur à 1,25.In embodiments, the L/D ratio of combustion chamber length L to primary combustion zone depth D may be less than 1.9, for example less than 1.8, or less than 1.75 , or less than 1.70, or less than 1.65, or less than 1.60. The ratio L/D of the combustion chamber length L to the primary combustion zone depth D may be greater than 1.0, for example greater than 1.05, or greater than 1.10, or greater than 1, 15, or greater than 1.20, or greater than 1.25.

La tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut s’étendre généralement le long d’une direction longitudinale, la direction longitudinale formant un angle d’inclination αcantavec la direction axiale, l’angle d’inclinaison αcantétant compris entre 0° et 10°.The lean burn fuel injector head may extend generally along a longitudinal direction, the longitudinal direction forming an angle of inclination α cant with the axial direction, the angle of inclination α cant being between 0° and 10°.

La chambre de combustion peut s’étendre axialement entre le panneau de mesure (en amont) et une sortie annulaire (en aval), par laquelle le gaz brûlé sort de la chambre de combustion. La sortie annulaire peut être définie par, et entre, la paroi annulaire radialement interne et la paroi annulaire radialement externe de la chambre de combustion. Dans la présente divulgation, la longueur de chambre de combustion (L) peut être définie comme étant une distance axiale entre le panneau de mesure et la sortie annulaire.The combustion chamber may extend axially between the metering panel (upstream) and an annular outlet (downstream), through which the burnt gas exits the combustion chamber. The annular outlet may be defined by, and between, the radially inner annular wall and the radially outer annular wall of the combustion chamber. In the present disclosure, the combustion chamber length (L) can be defined as an axial distance between the measuring panel and the annular outlet.

La paroi annulaire radialement externe peut s’étendre sensiblement axialement entre le panneau de mesure et la sortie annulaire. Dans des modes de réalisation, la paroi annulaire radialement externe peut former un angle externe αouteravec la direction axiale, l’angle externe αouterétant compris entre 0° et 15°, par exemple entre 0° et 12°, ou entre 0° et 10°, ou entre 3° et 15°, ou entre 5° et 15°.The radially outer annular wall may extend substantially axially between the measurement panel and the annular outlet. In embodiments, the radially outer annular wall may form an outer angle α outer with the axial direction, the outer angle α outer being between 0° and 15°, for example between 0° and 12°, or between 0 ° and 10°, or between 3° and 15°, or between 5° and 15°.

La paroi annulaire radialement externe peut comprendre une première partie et une deuxième partie. La première partie de la paroi annulaire radialement externe peut être agencée en amont de la deuxième partie de la paroi annulaire radialement externe. La première partie et la deuxième partie de la paroi annulaire radialement externe peuvent être mutuellement alignées.The radially outer annular wall may include a first part and a second part. The first part of the radially outer annular wall can be arranged upstream of the second part of the radially outer annular wall. The first part and the second part of the radially outer annular wall can be mutually aligned.

La paroi annulaire radialement interne peut comprendre une première partie et une deuxième partie. La première partie de la paroi annulaire radialement interne peut être agencée en amont de la deuxième partie de la paroi annulaire radialement interne. La première partie de la paroi annulaire radialement interne peut être reliée au panneau de mesure. La deuxième partie de la paroi annulaire radialement interne et la deuxième partie de la paroi annulaire radialement externe peuvent définir la sortie annulaire de la chambre de combustion. La première partie de la paroi annulaire radialement interne peut être agencée selon un angle par rapport à la deuxième partie de la paroi annulaire radialement interne. La première partie de la paroi annulaire radialement interne peut être parallèle à la paroi annulaire radialement externe. La première partie de la paroi annulaire radialement interne peut être parallèle à la direction axiale.The radially inner annular wall may include a first part and a second part. The first part of the radially internal annular wall can be arranged upstream of the second part of the radially internal annular wall. The first part of the radially inner annular wall can be connected to the measurement panel. The second portion of the radially inner annular wall and the second portion of the radially outer annular wall may define the annular outlet of the combustion chamber. The first part of the radially inner annular wall can be arranged at an angle with respect to the second part of the radially inner annular wall. The first portion of the radially inner annular wall may be parallel to the radially outer annular wall. The first part of the radially inner annular wall may be parallel to the axial direction.

La première partie de la paroi annulaire radialement interne, la première partie de la paroi annulaire radialement externe et le panneau de mesure définissent la zone de combustion primaire.The first radially inner annular wall portion, the first radially outer annular wall portion, and the metering panel define the primary combustion zone.

Dans la présente divulgation, la longueur de zone de combustion primaire (Z) peut être définie comme étant la longueur axiale de la zone de combustion primaire. La première partie de la paroi annulaire radialement interne peut définir la longueur de zone de combustion primaire (Z). La première partie de la paroi annulaire radialement externe peut définir la longueur de zone de combustion primaire (Z). La première partie de la paroi annulaire radialement interne et la première partie de la paroi annulaire radialement externe peuvent avoir la même longueur le long de la direction axiale.In the present disclosure, the primary combustion zone length (Z) can be defined as the axial length of the primary combustion zone. The first portion of the radially inner annular wall may define the primary combustion zone length (Z). The first portion of the radially outer annular wall may define the primary combustion zone length (Z). The first portion of the radially inner annular wall and the first portion of the radially outer annular wall may have the same length along the axial direction.

Dans la présente divulgation, la profondeur de zone de combustion primaire (D) peut être définie comme étant la distance radiale entre la première partie de la paroi annulaire radialement interne et la première partie de la paroi annulaire radialement externe. Le terme « radial » tel qu’utilisé ici peut faire référence à la direction perpendiculaire à la première partie de la paroi annulaire radialement interne et à la première partie de la paroi annulaire radialement externe.In the present disclosure, the primary combustion zone depth (D) can be defined as the radial distance between the first portion of the radially inner annular wall and the first portion of the radially outer annular wall. The term "radial" as used herein may refer to the direction perpendicular to the first portion of the radially inner annular wall and the first portion of the radially outer annular wall.

La deuxième partie de la paroi annulaire radialement interne peut converger vers la deuxième partie de la paroi annulaire radialement externe dans une direction aval. Dans des modes de réalisation, la deuxième partie de la paroi annulaire radialement interne peut former un angle interne αinneravec la première partie de la paroi annulaire radialement interne, l’angle interne αinnerétant compris entre 15° et 50°, par exemple entre 15° et 45°, ou entre 15° et 40°, ou entre 20° et 50°, ou entre 25° et 50°, ou entre 25° et 45°, ou entre 25° et 40°.The second part of the radially inner annular wall can converge towards the second part of the radially outer annular wall in a downstream direction. In embodiments, the second part of the radially inner annular wall can form an internal angle α inner with the first part of the radially inner annular wall, the internal angle α inner being between 15° and 50°, for example between 15° and 45°, or between 15° and 40°, or between 20° and 50°, or between 25° and 50°, or between 25° and 45°, or between 25° and 40°.

La deuxième partie de la paroi annulaire radialement interne et la deuxième partie de la paroi annulaire radialement externe peuvent définir la zone de combustion secondaire. La zone de combustion secondaire peut s’étendre entre la zone de combustion primaire et la sortie annulaire de la chambre de combustion. La zone de combustion secondaire est agencée en aval de la zone de combustion primaire. La zone de combustion secondaire s’étend sur la longueur de zone de combustion secondaire (L-Z). La deuxième partie de la paroi annulaire radialement externe peut s’étendre sur une longueur égale à la longueur de zone de combustion secondaire (L-Z). La deuxième partie de la paroi annulaire radialement interne peut s’étendre sur une longueur égale à (L-Z)/cos(αinner).The second portion of the radially inner annular wall and the second portion of the radially outer annular wall may define the secondary combustion zone. The secondary combustion zone may extend between the primary combustion zone and the annular outlet of the combustion chamber. The secondary combustion zone is arranged downstream of the primary combustion zone. The secondary combustion zone extends along the secondary combustion zone length (LZ). The second portion of the radially outer annular wall may extend over a length equal to the length of the secondary combustion zone (LZ). The second part of the radially inner annular wall can extend over a length equal to (LZ)/cos(α inner ).

Les surfaces internes respectives de la paroi annulaire radialement interne, de la paroi annulaire radialement externe et du panneau de mesure peuvent définir la taille et la forme de la chambre de combustion où se produit la combustion. Dans certaines publications, la paroi annulaire radialement interne, la paroi annulaire radialement externe et le panneau de mesure sont appelés chemises de combustion. Dans des modes de réalisation, la paroi annulaire radialement interne, la paroi annulaire radialement externe et le panneau de mesure peuvent comprendre chacun des carreaux respectifs. Les carreaux peuvent définir les surfaces internes respectives de la paroi annulaire radialement interne, de la paroi annulaire radialement externe et du panneau de mesure, et par conséquent définir la taille et la forme de la chambre de combustion où se produit la combustion. Les carreaux, ou en d’autres termes les surfaces internes de la paroi annulaire radialement interne, de la paroi annulaire radialement externe et du panneau de mesure peuvent faire face au processus de combustion dans la chambre de combustion et peuvent être en contact avec le mélange de carburant et d’air, et/ou les gaz de combustion.The respective inner surfaces of the radially inner annular wall, the radially outer annular wall, and the metering panel can define the size and shape of the combustion chamber where combustion occurs. In some publications, the radially inner annular wall, radially outer annular wall, and metering panel are referred to as combustion liners. In embodiments, the radially inner annular wall, the radially outer annular wall, and the measurement panel may each include respective tiles. The tiles can define the respective inner surfaces of the radially inner annular wall, the radially outer annular wall and the metering panel, and therefore define the size and shape of the combustion chamber where combustion occurs. The tiles, or in other words the inner surfaces of the radially inner annular wall, the radially outer annular wall and the measuring panel can face the combustion process in the combustion chamber and can be in contact with the mixture fuel and air, and/or combustion gases.

Les inventeurs de la présente divulgation ont également trouvé que d’autres paramètres non dimensionnels peuvent être avantageux lors de la conception d’une chambre de combustion pour un brûleur à mélange pauvre avec un rendement de combustion amélioré.The inventors of the present disclosure have also found that other non-dimensional parameters can be advantageous when designing a combustor for a lean burn burner with improved combustion efficiency.

Dans des modes de réalisation, un rapport L/d de la longueur de chambre de combustion L sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 5, par exemple inférieur à 4,5, ou inférieur à 4, ou inférieur à 3,5, ou inférieur à 3, ou inférieur à 2,8, ou inférieur à 2,6, ou inférieur à 2,5, ou inférieur à 2,45, ou inférieur à 2,4. Le rapport L/d de la longueur de chambre de combustion L sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 1,5, par exemple supérieur à 1,7, ou supérieur à 1,8, ou supérieur à 1,85, ou supérieur à 1,9, ou supérieur à 2,0.In embodiments, a ratio L/d of combustion chamber length L to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 5, for example less than 4.5, or less than 4, or less than 3.5, or less than 3, or less than 2.8, or less than 2.6, or less than 2.5, or less than 2.45, or less than 2.4 . The ratio L/d of the combustion chamber length L to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 1.5, for example greater than 1.7, or greater than 1, 8, or greater than 1.85, or greater than 1.9, or greater than 2.0.

Dans des modes de réalisation, le rapport D/d de la profondeur de zone de combustion primaire D sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 2,4, par exemple inférieur à 2,3, ou inférieur à 2,2, ou inférieur à 2,1, ou inférieur à 2,0. Le rapport D/d de la profondeur de zone de combustion primaire D sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 1,2. Dans des modes de réalisation, le rapport D/d de la profondeur de zone de combustion primaire D sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 1,3, par exemple supérieur à 1,4, ou supérieur à 1,5.In embodiments, the ratio D/d of the primary combustion zone depth D to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 2.4, for example less than 2, 3, or less than 2.2, or less than 2.1, or less than 2.0. The ratio D/d of the primary combustion zone depth D to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 1.2. In embodiments, the ratio D/d of the primary combustion zone depth D to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 1.3, for example greater than 1, 4, or greater than 1.5.

Dans des modes de réalisation, un rapport Z/d de la longueur de zone de combustion primaire Z sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 1,40, par exemple inférieur à 1,35, ou inférieur à 1,30, ou inférieur à 1,25, ou inférieur à 1,20. Le rapport Z/d de la longueur de zone de combustion primaire Z sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 0,70, par exemple supérieur à 0,75, ou supérieur à 0,80, ou supérieur à 0,85, ou supérieur à 0,90.In embodiments, a ratio Z/d of primary combustion zone length Z to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 1.40, for example less than 1, 35, or less than 1.30, or less than 1.25, or less than 1.20. The ratio Z/d of the primary combustion zone length Z to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 0.70, for example greater than 0.75, or greater than 0 .80, or greater than 0.85, or greater than 0.90.

L’homme du métier comprendrait que, comme les rapports L/d de la longueur de chambre de combustion L sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre, D/d de la profondeur de zone de combustion primaire D sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre, et Z/d de la longueur de zone de combustion primaire Z sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre sont tous non dimensionnels, ils peuvent tous s’appliquer aux brûleurs à mélange pauvre et aux chambres de combustion relatives, d’une large gamme de tailles et peuvent contribuer à former la zone de recirculation en forme de S dans la zone de combustion primaire.Those skilled in the art would understand that, as the ratios L/d of the combustion chamber length L to the lean burn fuel injector head tip diameter d, D/d of the primary combustion zone depth D on the lean burn fuel injector head tip diameter d, and Z/d of the primary combustion zone length Z on the lean burn fuel injector head tip diameter d are all not dimensional, they can all be applied to lean burn burners and related combustion chambers, of a wide range of sizes and can help form the S-shaped recirculation zone in the primary combustion zone.

Selon un deuxième aspect, un brûleur à mélange pauvre est fourni, lequel brûleur comprenant : une pluralité d’injecteurs de carburant à mélange pauvre, comprenant chacun un bras d’alimentation en carburant et une tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre avec une pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre, où la pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre a un diamètre (d) de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre, la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre comprenant un injecteur de carburant pilote et un injecteur de carburant principal, l’injecteur de carburant principal étant agencé de manière coaxiale et radiale vers l’extérieur de l’injecteur de carburant pilote ; et une chambre de combustion s’étendant le long d’une direction axiale et comprenant une paroi annulaire radialement interne, une paroi annulaire radialement externe et un panneau de mesure prévu en amont des parois annulaires radialement interne et radialement externe avec une pluralité d’ouvertures adaptées pour recevoir les pointes de têtes d’injecteurs de carburant à mélange pauvre. La paroi annulaire radialement interne, la paroi annulaire radialement externe et le panneau de mesure définissent la taille et la forme de la chambre de combustion, où la chambre de combustion a une longueur de chambre de combustion (L) et comprend une zone de combustion primaire avec une longueur de zone de combustion primaire (Z) et une profondeur de zone de combustion primaire (D), et une zone de combustion secondaire avec une longueur de zone de combustion secondaire (L-Z) agencée en aval de la zone de combustion primaire. Selon le deuxième aspect, un rapport D/d de la profondeur de zone de combustion primaire sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est inférieur à 2,4.According to a second aspect, a lean burn burner is provided, which burner comprises: a plurality of lean burn fuel injectors, each comprising a fuel delivery arm and a lean burn fuel injector head with a lean burn fuel injector head tip, wherein the lean burn fuel injector head tip has a lean burn fuel injector head tip diameter (d), the injector head of lean burn fuel comprising a pilot fuel injector and a main fuel injector, the main fuel injector being arranged coaxially and radially outward from the pilot fuel injector; and a combustion chamber extending along an axial direction and comprising a radially inner annular wall, a radially outer annular wall and a metering panel provided upstream of the radially inner and radially outer annular walls with a plurality of openings adapted to receive the tip tips of lean burn fuel injectors. The radially inner annular wall, radially outer annular wall, and metering panel define the size and shape of the combustion chamber, where the combustion chamber has a combustion chamber length (L) and includes a primary combustion zone with a primary combustion zone length (Z) and a primary combustion zone depth (D), and a secondary combustion zone with a secondary combustion zone length (L-Z) arranged downstream of the primary combustion zone. According to the second aspect, a D/d ratio of the primary combustion zone depth to the lean burn fuel injector head tip diameter is less than 2.4.

Dans des modes de réalisation, le rapport D/d de la profondeur de zone primaire D sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 2,3, par exemple inférieur à 2,2, ou inférieur à 2,1 ou inférieur à 2,0. Le rapport D/d de la profondeur de zone de combustion primaire D sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 1,2, par exemple supérieur à 1,3, ou supérieur à 1,4, ou supérieur à 1,5.In embodiments, the ratio D/d of primary zone depth D to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 2.3, for example less than 2.2, or less than 2.1 or less than 2.0. The ratio D/d of the primary combustion zone depth D to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 1.2, for example greater than 1.3, or greater than 1 .4, or greater than 1.5.

Dans des modes de réalisation, un rapport L/d de la longueur de chambre de combustion L sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 5, par exemple inférieur à 4,5, ou inférieur à 4, ou inférieur à 3,5, ou inférieur à 3, ou inférieur à 2,8, ou inférieur à 2,6, ou inférieur à 2,5, ou inférieur à 2,45, ou inférieur à 2,4. Le rapport L/d de la longueur de chambre de combustion L sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 1,8, par exemple supérieur à 1,85, ou supérieur à 1,9, ou supérieur à 2,0.In embodiments, a ratio L/d of combustion chamber length L to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 5, for example less than 4.5, or less than 4, or less than 3.5, or less than 3, or less than 2.8, or less than 2.6, or less than 2.5, or less than 2.45, or less than 2.4 . The ratio L/d of the combustion chamber length L to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 1.8, for example greater than 1.85, or greater than 1, 9, or greater than 2.0.

Dans des modes de réalisation, un rapport Z/d de la longueur de zone de combustion primaire Z sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 1,40, par exemple inférieur à 1,35, ou inférieur à 1,30, ou inférieur à 1,25, ou inférieur à 1,20. Le rapport Z/d de la longueur de zone de combustion primaire Z sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 0,70, par exemple supérieur à 0,75, ou supérieur à 0,80, ou supérieur à 0,85, ou supérieur à 0,90.In embodiments, a ratio Z/d of primary combustion zone length Z to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 1.40, for example less than 1, 35, or less than 1.30, or less than 1.25, or less than 1.20. The ratio Z/d of the primary combustion zone length Z to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 0.70, for example greater than 0.75, or greater than 0 .80, or greater than 0.85, or greater than 0.90.

Dans des modes de réalisation, un rapport L/D de la longueur de chambre de combustion L sur la profondeur de zone de combustion primaire D peut être inférieur à 2,0, par exemple inférieur à 1,9, ou inférieur à 1,8, ou inférieur à 1,75, ou inférieur à 1,70, ou inférieur à 1,65, ou inférieur à 1,60. Le rapport L/D de la longueur de chambre de combustion L sur la profondeur de zone de combustion primaire D peut être supérieur à 1,0, par exemple supérieur à 1,05, ou supérieur à 1,10, ou supérieur à 1,15, ou supérieur à 1,20, ou supérieur à 1,25.In embodiments, an L/D ratio of combustion chamber length L to primary combustion zone depth D may be less than 2.0, for example less than 1.9, or less than 1.8 , or less than 1.75, or less than 1.70, or less than 1.65, or less than 1.60. The ratio L/D of the combustion chamber length L to the primary combustion zone depth D may be greater than 1.0, for example greater than 1.05, or greater than 1.10, or greater than 1, 15, or greater than 1.20, or greater than 1.25.

Selon un troisième aspect, un brûleur à mélange pauvre est fourni, lequel brûleur comprenant : une pluralité d’injecteurs de carburant à mélange pauvre, comprenant chacun un bras d’alimentation en carburant et une tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre avec une pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre, où la pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre a un diamètre (d) de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre, la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre comprenant un injecteur de carburant pilote et un injecteur de carburant principal, l’injecteur de carburant principal étant agencé de manière coaxiale et radiale vers l’extérieur de l’injecteur de carburant pilote ; et une chambre de combustion s’étendant le long d’une direction axiale et comprenant une paroi annulaire radialement interne, une paroi annulaire radialement externe et un panneau de mesure prévu en amont des parois annulaires radialement interne et radialement externe avec une pluralité d’ouvertures adaptées pour recevoir les pointes de têtes d’injecteurs de carburant à mélange pauvre. La paroi annulaire radialement interne, la paroi annulaire radialement externe et le panneau de mesure définissent la taille et la forme de la chambre de combustion, où la chambre de combustion a une longueur de chambre de combustion (L) et comprend une zone de combustion primaire avec une longueur de zone de combustion primaire (Z) et une profondeur de zone de combustion primaire (D), et une zone de combustion secondaire avec une longueur de zone de combustion secondaire (L-Z) agencée en aval de la zone de combustion primaire. Selon le troisième aspect, un rapport L/d de la longueur de chambre de combustion sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est inférieur à 5.According to a third aspect, a lean burn burner is provided, which burner comprises: a plurality of lean burn fuel injectors, each comprising a fuel feed arm and a lean burn fuel injector head with a lean burn fuel injector head tip, wherein the lean burn fuel injector head tip has a lean burn fuel injector head tip diameter (d), the injector head of lean burn fuel comprising a pilot fuel injector and a main fuel injector, the main fuel injector being arranged coaxially and radially outward from the pilot fuel injector; and a combustion chamber extending along an axial direction and comprising a radially inner annular wall, a radially outer annular wall and a metering panel provided upstream of the radially inner and radially outer annular walls with a plurality of openings adapted to receive the tip tips of lean burn fuel injectors. The radially inner annular wall, radially outer annular wall, and metering panel define the size and shape of the combustion chamber, where the combustion chamber has a combustion chamber length (L) and includes a primary combustion zone with a primary combustion zone length (Z) and a primary combustion zone depth (D), and a secondary combustion zone with a secondary combustion zone length (L-Z) arranged downstream of the primary combustion zone. According to the third aspect, an L/d ratio of the combustion chamber length to the lean burn fuel injector head tip diameter is less than 5.

Dans des modes de réalisation, le rapport L/d de la longueur de chambre de combustion L sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 4,5, par exemple inférieur à 4, ou inférieur à 3,5, ou inférieur à 3, ou inférieur à 2,8, ou inférieur à 2,6, ou inférieur à 2,5, ou inférieur à 2,45, ou inférieur à 2,4. Le rapport L/d de la longueur de chambre de combustion L sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 1,5, par exemple supérieur à 1,7, ou supérieur à 1,8, ou supérieur à 1,85, ou supérieur à 1,9, ou supérieur à 2,0.In embodiments, the ratio L/d of the combustion chamber length L to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 4.5, for example less than 4, or less than 3.5, or less than 3, or less than 2.8, or less than 2.6, or less than 2.5, or less than 2.45, or less than 2.4. The ratio L/d of the combustion chamber length L to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 1.5, for example greater than 1.7, or greater than 1, 8, or greater than 1.85, or greater than 1.9, or greater than 2.0.

Dans des modes de réalisation, un rapport D/d de la profondeur de zone primaire D sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 2,4, par exemple inférieur à 2,3, ou inférieur à 2,2, ou inférieur à 2,1 ou inférieur à 2,0. Le rapport D/d de la profondeur de zone de combustion primaire D sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 1,2, par exemple supérieur à 1,3, ou supérieur à 1,4, ou supérieur à 1,5.In embodiments, a ratio D/d of primary zone depth D to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 2.4, for example less than 2.3, or less than 2.2, or less than 2.1 or less than 2.0. The ratio D/d of the primary combustion zone depth D to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 1.2, for example greater than 1.3, or greater than 1 .4, or greater than 1.5.

Dans des modes de réalisation, un rapport L/D de la longueur de chambre de combustion L sur la profondeur de zone de combustion primaire D peut être inférieur à 2,0, par exemple inférieur à 1,9, ou inférieur à 1,8, ou inférieur à 1,75, ou inférieur à 1,70, ou inférieur à 1,65, ou inférieur à 1,60. Le rapport L/D de la longueur de chambre de combustion L sur la profondeur de zone de combustion primaire D peut être supérieur à 1,0, par exemple supérieur à 1,05, ou supérieur à 1,10, ou supérieur à 1,15, ou supérieur à 1,20, ou supérieur à 1,25.In embodiments, an L/D ratio of combustion chamber length L to primary combustion zone depth D may be less than 2.0, for example less than 1.9, or less than 1.8 , or less than 1.75, or less than 1.70, or less than 1.65, or less than 1.60. The ratio L/D of the combustion chamber length L to the primary combustion zone depth D may be greater than 1.0, for example greater than 1.05, or greater than 1.10, or greater than 1, 15, or greater than 1.20, or greater than 1.25.

Dans des modes de réalisation, un rapport Z/d de la longueur de zone de combustion primaire Z sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 1,40, par exemple inférieur à 1,35, ou inférieur à 1,30, ou inférieur à 1,25, ou inférieur à 1,20. Le rapport Z/d de la longueur de zone de combustion primaire Z sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 0,70, par exemple supérieur à 0,75, ou supérieur à 0,80, ou supérieur à 0,85, ou supérieur à 0,90.In embodiments, a ratio Z/d of primary combustion zone length Z to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 1.40, for example less than 1, 35, or less than 1.30, or less than 1.25, or less than 1.20. The ratio Z/d of the primary combustion zone length Z to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 0.70, for example greater than 0.75, or greater than 0 .80, or greater than 0.85, or greater than 0.90.

Dans des modes de réalisation, le brûleur à mélange pauvre des premier, deuxième et troisième aspects décrits ci-dessus peut comprendre un pré-diffuseur, agencé en amont de la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre et adapté pour fournir à la chambre de combustion de l’air comprimé. Dans certaines publications, le pré-diffuseur est simplement appelé diffuseur. Le pré-diffuseur peut être globalement annulaire et peut comprendre des parois radialement interne et radialement externe définissant une sortie pour l’air comprimé. Dans la présente divulgation, un espace humide (g) peut être défini comme étant la distance axiale entre un point médian entre les parois radialement interne et radialement externe du pré-diffuseur au niveau de ladite sortie et un point médian entre les parois annulaires radialement interne et radialement externe de la chambre de combustion au niveau du panneau de mesure. Un rapport g/d de l’espace humide g sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 1,30, par exemple inférieur à 1,25, ou inférieur à 1,2, ou inférieur à 1,15. Le rapport g/d de l’espace humide g sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 0,65, par exemple supérieur à 0,7, ou supérieur à 0,75, ou supérieur à 0,8, ou supérieur à 0,85.In embodiments, the lean burn burner of the first, second and third aspects described above may comprise a pre-diffuser, arranged upstream of the lean burn fuel injector head and adapted to supply the chamber with combustion of compressed air. In some publications, the pre-diffuser is simply referred to as a diffuser. The pre-diffuser may be generally annular and may include radially inner and radially outer walls defining an outlet for the compressed air. In the present disclosure, a wet space (g) can be defined as the axial distance between a midpoint between the radially inner and radially outer walls of the pre-diffuser at said outlet and a midpoint between the radially inner annular walls and radially external of the combustion chamber at the level of the measuring panel. A ratio g/d of wet space g to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 1.30, for example less than 1.25, or less than 1.2, or less than 1.15. The ratio g/d of the wet space g to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 0.65, for example greater than 0.7, or greater than 0.75, or greater than 0.8, or greater than 0.85.

L’homme du métier comprendrait que, également, le rapport g/d de l’espace humide g sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est non dimensionnel et peut s’appliquer aux brûleurs à mélange pauvre, et aux chambres de combustion relatives, d’une large gamme de tailles et peut contribuer à former la zone de recirculation en forme de S dans la zone de combustion primaire.Those skilled in the art would also understand that the ratio g/d of wet space g to lean burn fuel injector head tip diameter d is non-dimensional and can be applied to lean burn burners , and related combustion chambers, of a wide range of sizes and can help form the S-shaped recirculation zone in the primary combustion zone.

Selon un quatrième aspect, un brûleur à mélange pauvre est fourni, lequel brûleur comprenant : une pluralité d’injecteurs de carburant à mélange pauvre, comprenant chacun un bras d’alimentation en carburant et une tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre avec une pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre, où la pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre a un diamètre (d) de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre, la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre comprenant un injecteur de carburant pilote et un injecteur de carburant principal, l’injecteur de carburant principal étant agencé de manière coaxiale et radiale vers l’extérieur de l’injecteur de carburant pilote ; et une chambre de combustion s’étendant le long d’une direction axiale et comprenant une paroi annulaire radialement interne, une paroi annulaire radialement externe et un panneau de mesure prévu en amont des parois annulaires radialement interne et radialement externe avec une pluralité d’ouvertures adaptées pour recevoir les pointes de têtes d’injecteurs de carburant à mélange pauvre. La paroi annulaire radialement interne, la paroi annulaire radialement externe et le panneau de mesure définissent la taille et la forme de la chambre de combustion. Le brûleur à mélange pauvre du quatrième aspect comprend en outre un pré-diffuseur, agencé en amont de la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre et adapté pour fournir à la chambre de combustion de l’air comprimé. Le pré-diffuseur est globalement annulaire et comprend des parois radialement interne et radialement externe définissant une sortie pour l’air comprimé. Un espace humide (g) est défini comme étant la distance axiale entre un point médian entre les parois radialement interne et radialement externe du pré-diffuseur au niveau de ladite sortie et un point médian entre les parois annulaires radialement interne et radialement externe de la chambre de combustion au niveau du panneau de mesure, où un rapport g/d de l’espace humide sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est inférieur à 1,30.According to a fourth aspect, a lean burn burner is provided, which burner comprises: a plurality of lean burn fuel injectors, each comprising a fuel delivery arm and a lean burn fuel injector head with a lean burn fuel injector head tip, wherein the lean burn fuel injector head tip has a lean burn fuel injector head tip diameter (d), the injector head of lean burn fuel comprising a pilot fuel injector and a main fuel injector, the main fuel injector being arranged coaxially and radially outward from the pilot fuel injector; and a combustion chamber extending along an axial direction and comprising a radially inner annular wall, a radially outer annular wall and a metering panel provided upstream of the radially inner and radially outer annular walls with a plurality of openings adapted to receive the tip tips of lean burn fuel injectors. The radially inner annular wall, radially outer annular wall, and metering panel define the size and shape of the combustion chamber. The lean burn burner of the fourth aspect further includes a pre-diffuser, arranged upstream of the lean burn fuel injector head and adapted to supply the combustion chamber with compressed air. The pre-diffuser is generally annular and comprises radially inner and radially outer walls defining an outlet for the compressed air. A wet space (g) is defined as the axial distance between a midpoint between the radially inner and radially outer walls of the pre-diffuser at said outlet and a midpoint between the radially inner and radially outer annular walls of the chamber of combustion at the metering panel, where a g/d ratio of wet space to lean burn fuel injector head tip diameter is less than 1.30.

Dans des modes de réalisation, le rapport g/d de l’espace humide g sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 1,25, par exemple inférieur à 1,2, ou inférieur à 1,15. Le rapport g/d de l’espace humide g sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 0,65, par exemple supérieur à 0,7, ou supérieur à 0,75, ou supérieur à 0,8, ou supérieur à 0,85.In embodiments, the ratio g/d of wet space g to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 1.25, for example less than 1.2, or less than 1.15. The ratio g/d of the wet space g to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 0.65, for example greater than 0.7, or greater than 0.75, or greater than 0.8, or greater than 0.85.

La chambre de combustion du brûleur à mélange pauvre du quatrième aspect a une longueur de chambre de combustion (L) et peut définir une zone de combustion primaire avec une longueur de zone de combustion primaire (Z) et une profondeur de zone de combustion primaire (D), et une zone de combustion secondaire avec une longueur de zone de combustion secondaire (L-Z) agencée en aval de la zone de combustion primaire.The combustion chamber of the lean burn burner of the fourth aspect has a combustion chamber length (L) and can define a primary combustion zone with a primary combustion zone length (Z) and a primary combustion zone depth ( D), and a secondary combustion zone with a secondary combustion zone length (L-Z) arranged downstream of the primary combustion zone.

Dans des modes de réalisation, un rapport D/d de la profondeur de zone primaire D sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 2,4, par exemple inférieur à 2,3, ou inférieur à 2,2, ou inférieur à 2,1 ou inférieur à 2,0. Le rapport D/d de la profondeur de zone de combustion primaire D sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 1,2, par exemple supérieur à 1,3, ou supérieur à 1,4, ou supérieur à 1,5.In embodiments, a ratio D/d of primary zone depth D to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 2.4, for example less than 2.3, or less than 2.2, or less than 2.1 or less than 2.0. The ratio D/d of the primary combustion zone depth D to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 1.2, for example greater than 1.3, or greater than 1 .4, or greater than 1.5.

Dans des modes de réalisation, un rapport L/D de la longueur de chambre de combustion L sur la profondeur de zone de combustion primaire D peut être inférieur à 2,0, par exemple inférieur à 1,9, ou inférieur à 1,8, ou inférieur à 1,75, ou inférieur à 1,70, ou inférieur à 1,65, ou inférieur à 1,60. Le rapport L/D de la longueur de chambre de combustion L sur la profondeur de zone de combustion primaire D peut être supérieur à 1,0, par exemple supérieur à 1,05, ou supérieur à 1,10, ou supérieur à 1,15, ou supérieur à 1,20, ou supérieur à 1,25.In embodiments, an L/D ratio of combustion chamber length L to primary combustion zone depth D may be less than 2.0, for example less than 1.9, or less than 1.8 , or less than 1.75, or less than 1.70, or less than 1.65, or less than 1.60. The ratio L/D of the combustion chamber length L to the primary combustion zone depth D may be greater than 1.0, for example greater than 1.05, or greater than 1.10, or greater than 1, 15, or greater than 1.20, or greater than 1.25.

Dans des modes de réalisation, un rapport L/d de la longueur de chambre de combustion L sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 5, par exemple inférieur à 4,5, ou inférieur à 4, ou inférieur à 3,5, ou inférieur à 3, ou inférieur à 2,8, ou inférieur à 2,6, ou inférieur à 2,5, ou inférieur à 2,45, ou inférieur à 2,4. Le rapport L/d de la longueur de chambre de combustion L sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 1,5, par exemple supérieur à 1,7, ou supérieur à 1,8, ou supérieur à 1,85, ou supérieur à 1,9, ou supérieur à 2,0.In embodiments, a ratio L/d of combustion chamber length L to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 5, for example less than 4.5, or less than 4, or less than 3.5, or less than 3, or less than 2.8, or less than 2.6, or less than 2.5, or less than 2.45, or less than 2.4 . The ratio L/d of the combustion chamber length L to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 1.5, for example greater than 1.7, or greater than 1, 8, or greater than 1.85, or greater than 1.9, or greater than 2.0.

Dans des modes de réalisation, un rapport Z/d de la longueur de zone de combustion primaire Z sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être inférieur à 1,40, par exemple inférieur à 1,35, ou inférieur à 1,30, ou inférieur à 1,25, ou inférieur à 1,20. Le rapport Z/d de la longueur de zone de combustion primaire Z sur le diamètre d de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre peut être supérieur à 0,70, par exemple supérieur à 0,75, ou supérieur à 0,80, ou supérieur à 0,85, ou supérieur à 0,90.In embodiments, a ratio Z/d of primary combustion zone length Z to lean burn fuel injector head tip diameter d may be less than 1.40, for example less than 1, 35, or less than 1.30, or less than 1.25, or less than 1.20. The ratio Z/d of the primary combustion zone length Z to the lean burn fuel injector head tip diameter d may be greater than 0.70, for example greater than 0.75, or greater than 0 .80, or greater than 0.85, or greater than 0.90.

Selon un cinquième aspect, un moteur à turbine à gaz est fourni, lequel moteur comprenant un brûleur à mélange pauvre selon l’un quelconque des aspects décrits ci-dessus.According to a fifth aspect, a gas turbine engine is provided, which engine includes a lean burn burner according to any of the aspects described above.

Le moteur à turbine à gaz du cinquième aspect peut être un moteur à turbine à gaz pour un aéronef ou pour des applications industrielles et marines.The gas turbine engine of the fifth aspect may be a gas turbine engine for aircraft or for industrial and marine applications.

Dans des modes de réalisation, le moteur à turbine à gaz peut comprendre en outre : un noyau de moteur comprenant un compresseur, un brûleur, une turbine et un arbre de noyau reliant la turbine au compresseur ; et une soufflante située en amont du noyau de moteur, la soufflante comprenant une pluralité de pales de soufflante, où le brûleur est le brûleur à mélange pauvre selon l’un quelconque des premier, deuxième, troisième et quatrième aspects.In embodiments, the gas turbine engine may further include: an engine core including a compressor, a burner, a turbine, and a core shaft connecting the turbine to the compressor; and a fan located upstream of the engine core, the fan comprising a plurality of fan blades, wherein the burner is the lean burner according to any of the first, second, third and fourth aspects.

Dans des modes de réalisation, le compresseur et la turbine peuvent tourner autour d’un axe de rotation principal de moteur, et la direction axiale de la chambre de combustion peut être parallèle à l’axe de rotation principal de moteur.In embodiments, the compressor and the turbine can rotate around an engine main axis of rotation, and the axial direction of the combustion chamber can be parallel to the main engine rotation axis.

Comme indiqué précédemment, le brûleur à mélange pauvre selon la divulgation peut être dimensionné pour des moteurs adaptés pour être montés sur des aéronefs de petite, moyenne et grande tailles. En conséquence, la soufflante du moteur à turbine à gaz selon le cinquième aspect peut avoir un diamètre de soufflante supérieur à (ou de l’ordre de) une valeur quelconque parmi : 220 cm, 230 cm, 240 cm, 250 cm (environ 100 pouces), 260 cm, 270 cm (environ 105 pouces), 280 cm (environ 110 pouces), 290 cm (environ 115 pouces), 300 cm (environ 120 pouces), 310 cm, 320 cm (environ 125 pouces), 330 cm (environ 130 pouces), 340 cm (environ 135 pouces), 350 cm, 360 cm (environ 140 pouces), 370 cm (environ 145 pouces), 380 cm (environ 150 pouces), 390 cm (environ 155 pouces), 400 cm, 410 cm (environ 160 pouces) ou 420 cm (environ 165 pouces). Le diamètre de soufflante peut se situer dans une plage inclusive comprise entre deux valeurs quelconques des valeurs dans la phrase précédente (c’est-à-dire que les valeurs peuvent former des limites supérieure ou inférieure), par exemple dans la plage allant de 240 cm à 280 cm ou de 330 cm à 380 cm.As previously indicated, the lean burner according to the disclosure can be dimensioned for engines adapted to be mounted on small, medium and large aircraft. Accordingly, the fan of the gas turbine engine according to the fifth aspect may have a fan diameter greater than (or on the order of) any of: 220 cm, 230 cm, 240 cm, 250 cm (about 100 inches), 260 cm, 270 cm (about 105 inches), 280 cm (about 110 inches), 290 cm (about 115 inches), 300 cm (about 120 inches), 310 cm, 320 cm (about 125 inches), 330 cm (about 130 inches), 340 cm (about 135 inches), 350 cm, 360 cm (about 140 inches), 370 cm (about 145 inches), 380 cm (about 150 inches), 390 cm (about 155 inches), 400 cm, 410 cm (about 160 inches) or 420 cm (about 165 inches). The fan diameter can be in an inclusive range between any two values of the values in the previous sentence (i.e. the values can form upper or lower limits), for example in the range from 240 cm to 280 cm or from 330 cm to 380 cm.

Des agencements de la présente divulgation peuvent être particulièrement, mais pas exclusivement, bénéfiques pour des soufflants qui sont entraînées par l’intermédiaire d’une boîte à engrenages. En conséquence, le moteur à turbine à gaz peut comprendre une boîte à engrenages qui reçoit une entrée à partir de l’arbre de noyau et délivre en sortie un entraînement à la soufflante afin d’entraîner la soufflante à une vitesse de rotation inférieure à celle de l’arbre de noyau. L’entrée dans la boîte à engrenages peut se faire directement à partir de l’arbre de noyau ou indirectement à partir de l’arbre de noyau, par exemple par l’intermédiaire d’un engrenage et/ou d’un arbre droits. L’arbre de noyau peut relier de manière rigide la turbine et le compresseur, de sorte que la turbine et le compresseur tournent à la même vitesse (avec la soufflante tournant à une vitesse inférieure).Arrangements of the present disclosure may be particularly, but not exclusively, beneficial for blowers which are driven through a gearbox. Accordingly, the gas turbine engine may include a gearbox which receives input from the core shaft and outputs a drive to the fan to drive the fan at a rotational speed lower than that of the core tree. Input to the gearbox can be directly from the core shaft or indirectly from the core shaft, for example via a spur gear and/or shaft. The core shaft can rigidly connect the turbine and the compressor, so that the turbine and the compressor rotate at the same speed (with the fan rotating at a lower speed).

Le moteur à turbine à gaz tel que décrit et/ou revendiqué ici peut avoir une architecture générale appropriée quelconque. Par exemple, le moteur à turbine à gaz peut avoir un nombre souhaité quelconque d’arbres qui relient des turbines et des compresseurs, par exemple un, deux ou trois arbres. À titre purement illustratif, la turbine reliée à l’arbre de noyau peut être une première turbine, le compresseur relié à l’arbre de noyau peut être un premier compresseur et l’arbre de noyau peut être un premier arbre de noyau. Le noyau de moteur peut en outre comprendre une deuxième turbine, un deuxième compresseur et un deuxième arbre de noyau reliant la deuxième turbine au deuxième compresseur. La deuxième turbine, le deuxième compresseur et le deuxième arbre de noyau peuvent être agencés pour tourner à une vitesse de rotation supérieure à celle du premier arbre de noyau.The gas turbine engine as described and/or claimed herein may have any suitable general architecture. For example, the gas turbine engine can have any desired number of shafts that connect turbines and compressors, such as one, two or three shafts. For illustrative purposes only, the turbine connected to the core shaft may be a first turbine, the compressor connected to the core shaft may be a first compressor and the core shaft may be a first core shaft. The engine core may further include a second turbine, a second compressor, and a second core shaft connecting the second turbine to the second compressor. The second turbine, the second compressor and the second core shaft can be arranged to rotate at a higher rotational speed than the first core shaft.

Dans un tel agencement, le deuxième compresseur peut être positionné axialement en aval du premier compresseur. Le deuxième compresseur peut être agencé pour recevoir (par exemple recevoir directement, par exemple par l’intermédiaire d’un conduit globalement annulaire) un flux du premier compresseur.In such an arrangement, the second compressor can be positioned axially downstream of the first compressor. The second compressor can be arranged to receive (for example receive directly, for example via a generally annular duct) a flow from the first compressor.

La boîte à engrenages peut être agencée pour être entraînée par l’arbre de noyau qui est configuré pour tourner (par exemple en utilisation) à la vitesse de rotation la plus basse (par exemple le premier arbre de noyau dans l’exemple ci-dessus). Par exemple, la boîte à engrenages peut être agencée pour être entraînée uniquement par l’arbre de noyau qui est configuré pour tourner (par exemple en utilisation) à la vitesse de rotation la plus basse (par exemple, uniquement par le premier arbre de noyau, et non pas par le deuxième arbre de noyau, dans l’exemple ci-dessus). En variante, la boîte à engrenages peut être agencée pour être entraînée par un arbre quelconque ou plusieurs arbres, par exemple le premier et/ou le deuxième arbres dans l’exemple ci-dessus.The gearbox can be arranged to be driven by the core shaft which is configured to rotate (e.g. in use) at the lowest rotational speed (e.g. the first core shaft in the example above ). For example, the gearbox may be arranged to be driven only by the core shaft which is configured to rotate (e.g. in use) at the lowest rotational speed (e.g. only by the first core shaft , and not by the second kernel tree, in the example above). Alternatively, the gearbox can be arranged to be driven by any one shaft or several shafts, for example the first and/or the second shaft in the example above.

La boîte à engrenages peut être un réducteur de vitesse (dans la mesure où la sortie vers la soufflante a une vitesse de rotation inférieure à celle de l’entrée à partir de l’arbre de noyau). Tout type de boîte à engrenages peut être utilisé. Par exemple, la boîte à engrenages peut être une boîte à engrenages « planétaire » ou « en étoile », comme décrit plus en détail ailleurs dans le présent document. La boîte à engrenages peut avoir un rapport de réduction souhaité quelconque (défini comme étant la vitesse de rotation de l’arbre d’entrée divisée par la vitesse de rotation de l’arbre de sortie), par exemple supérieur à 2,5, par exemple dans la plage allant de 3 à 4,2 ou de 3,2 à 3,8, par exemple de l’ordre de ou d’au moins 3, 3,1, 3,2, 3,3, 3,4, 3,5, 3,6, 3,7, 3,8, 3,9, 4, 4,1 ou 4,2. Le rapport d’engrenage peut être, par exemple, compris entre deux valeurs quelconques des valeurs dans la phrase précédente. À titre purement illustratif, la boîte à engrenages peut être une boîte à engrenages « en étoile » ayant un rapport dans la plage allant de 3,1 ou 3,2 à 3,8.The gearbox can be a speed reducer (as long as the output to the blower has a lower rotational speed than the input from the core shaft). Any type of gearbox can be used. For example, the gearbox may be a "planetary" or "star" gearbox, as described in more detail elsewhere herein. The gearbox may have any desired reduction ratio (defined as the input shaft rotational speed divided by the output shaft rotational speed), for example greater than 2.5, by example in the range of 3 to 4.2 or 3.2 to 3.8, for example of the order of or at least 3, 3.1, 3.2, 3.3, 3.4 , 3.5, 3.6, 3.7, 3.8, 3.9, 4, 4.1 or 4.2. The gear ratio can be, for example, between any two values of the values in the previous sentence. For illustrative purposes only, the gearbox may be a "star" gearbox having a ratio in the range of 3.1 or 3.2 to 3.8.

Selon un aspect, un aéronef est fourni, lequel aéronef comprenant un moteur à turbine à gaz tel que décrit et/ou revendiqué ici. L’aéronef selon cet aspect est l’aéronef pour lequel le moteur à turbine à gaz a été conçu pour y être attaché.In one aspect, an aircraft is provided, which aircraft includes a gas turbine engine as described and/or claimed herein. The aircraft in this aspect is the aircraft for which the gas turbine engine was designed to be attached to it.

L’homme du métier comprendra que, sauf exclusion mutuelle, une caractéristique ou un paramètre décrit(e) en relation avec l’un quelconque des aspects ci-dessus peut être appliqué(e) à tout autre aspect. En outre, sauf exclusion mutuelle, tout(e) caractéristique ou paramètre décrit(e) ici peut être appliqué(e) à tout aspect et/ou combiné(e) avec tout(e) autre caractéristique ou paramètre décrit(e) ici.Those skilled in the art will understand that, unless mutually exclusive, a characteristic or parameter described in relation to any of the above aspects can be applied to any other aspect. Further, unless mutually exclusive, any feature or parameter described herein may be applied to any aspect and/or combined with any other feature or parameter described herein.

Des modes de réalisation seront maintenant décrits à titre d’exemple uniquement, en référence aux figures, dans lesquelles :Embodiments will now be described by way of example only, with reference to the figures, in which:

est une vue latérale en coupe d’un moteur à turbine à gaz ; is a sectional side view of a gas turbine engine;

est une vue latérale en coupe rapprochée d’une partie amont du moteur à turbine à gaz de la ; is a close-up side sectional view of an upstream portion of the gas turbine engine of the ;

est une vue partiellement éclatée d’une boîte à engrenages pour un moteur à turbine à gaz ; is a partially exploded view of a gearbox for a gas turbine engine;

est une vue arrière partielle d’un brûleur à mélange pauvre selon la divulgation ; is a partial rear view of a lean burner according to the disclosure;

est une vue latérale en coupe du brûleur à mélange pauvre de la suivant les flèches A-A ; et is a cross-sectional side view of the lean burn burner of the along the arrows AA; and

est une représentation schématique d’une recirculation de flux en forme de S dans une zone de combustion primaire du brûleur à mélange pauvre des figures 4 et 5. is a schematic representation of an S-shaped flow recirculation in a primary combustion zone of the lean burn burner of Figures 4 and 5.

Description détaillée de la divulgationDetailed description of the disclosure

En référence à la , un moteur à turbine à gaz, généralement indiqué par 10, a un axe de rotation principal de moteur 9. Le moteur 10 comprend une entrée d’air 12 et une soufflante de propulsion avec une pluralité de pales de soufflante 23 qui génère deux flux d’air : un flux d’air de noyau A et un flux d’air de dérivation B. Le moteur à turbine à gaz 10 comprend un noyau 11 qui reçoit le flux d’air de noyau A. Le noyau de moteur 11 comprend, en série d’écoulement axial, un compresseur basse pression 14, un compresseur haute pression 15, un équipement de combustion comprenant un brûleur à mélange pauvre 16, une turbine haute pression 17, une turbine basse pression 19 et une tuyère d’éjection de noyau 20. Une nacelle 21 entoure généralement le moteur à turbine à gaz 10 et définit un conduit de dérivation 22 et une tuyère d’éjection de dérivation 18. Le flux d’air de dérivation B s’écoule à travers le conduit de dérivation 22. La soufflante est attachée à et entraînée par la turbine basse pression 19 par l’intermédiaire d’un arbre 26 et d’une boîte à engrenages épicycloïdaux 30.With reference to the , a gas turbine engine, generally indicated by 10, has an engine main axis of rotation 9. The engine 10 includes an air intake 12 and a propulsion fan with a plurality of fan blades 23 which generates two flows airflow: a core airflow A and a bypass airflow B. The gas turbine engine 10 includes a core 11 which receives the core airflow A. The engine core 11 includes , in axial flow series, a low pressure compressor 14, a high pressure compressor 15, combustion equipment comprising a lean burn burner 16, a high pressure turbine 17, a low pressure turbine 19 and an exhaust nozzle core 20. A nacelle 21 generally surrounds the gas turbine engine 10 and defines a bypass duct 22 and a bypass exhaust nozzle 18. Bypass airflow B flows through the bypass duct 22 The fan is attached to and driven by the low pressure turbine 19 through the between a shaft 26 and an epicyclic gearbox 30.

En cours d’utilisation, le flux d’air de noyau A est accéléré et comprimé par le compresseur basse pression 14 et dirigé dans le compresseur haute pression 15 où une compression supplémentaire a lieu. L’air comprimé évacué du compresseur haute pression 15 est dirigé dans l’équipement de combustion 16 où il est mélangé avec du carburant et le mélange est brûlé. Les produits de combustion chauds résultants se détendent ensuite à travers les turbines haute pression et basse pression 17, 19 et ainsi les entraînent avant d’être évacués à travers la tuyère 20 pour fournir une certaine poussée propulsive. La turbine haute pression 17 entraîne le compresseur haute pression 15 par un arbre d’interconnexion approprié 27. La soufflante fournit généralement la plus grande partie de la poussée propulsive. La boîte à engrenages épicycloïdaux 30 est un réducteur de vitesse.In use, core A airflow is accelerated and compressed by low pressure compressor 14 and directed into high pressure compressor 15 where further compression takes place. The compressed air discharged from the high pressure compressor 15 is directed into the combustion equipment 16 where it is mixed with fuel and the mixture is burned. The resulting hot combustion products then expand through the high pressure and low pressure turbines 17, 19 and so entrain them before being vented through the nozzle 20 to provide some propulsive thrust. The high pressure turbine 17 drives the high pressure compressor 15 through a suitable interconnecting shaft 27. The fan generally provides most of the propulsive thrust. The epicyclic gearbox 30 is a speed reducer.

Il est à noter que les termes « turbine basse pression » et « compresseur basse pression », tels qu’utilisés ici, peuvent être compris comme désignant les étages de turbine ayant la plus basse pression et les étages de compresseur ayant la plus basse pression (c’est-à-dire ne comprenant pas la soufflante) respectivement et/ou les étages de turbine et de compresseur qui sont reliés ensemble par l’arbre d’interconnexion 26 ayant la vitesse de rotation la plus basse dans le moteur (c’est-à-dire ne comprenant pas l’arbre de sortie de boîte à engrenages qui entraîne la soufflante). Dans certaines publications, les termes « turbine basse pression » et « compresseur basse pression » désignés ici peuvent également être appelés « turbine pression intermédiaire » et « compresseur pression intermédiaire ». Lorsqu’une telle nomenclature alternative est utilisée, la soufflante peut être désignée comme étant le premier étage de compression ou l’étage de compression ayant la plus basse pression.It should be noted that the terms "low pressure turbine" and "low pressure compressor", as used herein, can be understood to refer to the turbine stages having the lowest pressure and the compressor stages having the lowest pressure ( i.e. not including the fan) respectively and/or the turbine and compressor stages which are connected together by the interconnecting shaft 26 having the lowest rotational speed in the engine (c' i.e. not including the gearbox output shaft which drives the blower). In some publications, the terms "low pressure turbine" and "low pressure compressor" referred to herein may also be referred to as "intermediate pressure turbine" and "intermediate pressure compressor". When such alternate nomenclature is used, the fan may be referred to as the first compression stage or the compression stage with the lowest pressure.

D’autres moteurs à turbine à gaz auxquels la présente divulgation peut être appliquée peuvent avoir des configurations alternatives. À titre d’exemple, de tels moteurs peuvent avoir un nombre alternatif d’arbres d’interconnexion (par exemple deux) et/ou un nombre alternatif de compresseurs et/ou de turbines. En outre, le moteur peut être un moteur sans engrenage, c’est-à-dire que le moteur peut ne pas comprendre une boîte à engrenages prévue dans la chaîne cinématique de la turbine au compresseur et/ou à la soufflante.Other gas turbine engines to which this disclosure may be applied may have alternate configurations. By way of example, such engines may have an alternating number of interconnecting shafts (e.g. two) and/or an alternating number of compressors and/or turbines. Furthermore, the motor may be a gearless motor, i.e. the motor may not include a gear box provided in the kinematic chain from the turbine to the compressor and/or the fan.

La illustre plus en détail la boîte à engrenages 30 du moteur à turbine à gaz 10. La turbine basse pression 19 (voir ) entraîne l’arbre 26, qui est couplé à une roue solaire, ou un planétaire, 28 de l’agencement à engrenages épicycloïdaux 30. Une pluralité de satellites 32 qui sont couplés ensemble par un porte-satellites 34 sont situés radialement vers l’extérieur du planétaire 28 et s’engrènent avec celui-ci. Le porte-satellites 34 contraint les satellites 32 à précessionner autour du planétaire 28 de manière synchronisée tout en permettant à chaque satellite 32 de tourner autour de son propre axe. Le porte-satellites 34 est couplé par l’intermédiaire de tringleries 36 à la soufflante 23 afin d’entraîner sa rotation autour de l’axe de moteur 9. Une couronne ou une roue dentée 38 qui est couplée, par l’intermédiaire de tringleries 40, à une structure de support stationnaire 24 est située radialement vers l’extérieur des satellites 32 et s’engrène avec ceux-ci.The further illustrates the gearbox 30 of the gas turbine engine 10. The low pressure turbine 19 (see ) drives shaft 26, which is coupled to sun gear, or sun gear, 28 of epicyclic gear arrangement 30. A plurality of planet gears 32 which are coupled together by planet carrier 34 are located radially exterior of the sun gear 28 and mesh with it. The planet carrier 34 constrains the planets 32 to precess around the planetary 28 in a synchronized manner while allowing each planet 32 to rotate around its own axis. The planet carrier 34 is coupled via linkages 36 to the fan 23 in order to drive its rotation around the motor axis 9. A ring gear or a toothed wheel 38 which is coupled, via linkages 40, to a stationary support structure 24 is located radially outward from the satellites 32 and meshes therewith.

La boîte à engrenages épicycloïdaux 30 est représentée à titre d’exemple de manière plus détaillée dans la . Chacun du planétaire 28, des satellites 32 et de la roue dentée 38 comprend des dents autour de sa périphérie pour s’engrener avec les autres engrenages. Cependant, pour des raisons de clarté, seules des parties exemplaires des dents sont illustrées dans la . Il existe quatre satellites 32 illustrés, bien qu’il soit évident pour le lecteur compétent que plus ou moins de satellites 32 peuvent être fournis dans le cadre de l’invention revendiquée. Les applications pratiques d’une boîte à engrenages épicycloïdaux planétaire 30 comprennent généralement au moins trois satellites 32.The epicyclic gearbox 30 is shown by way of example in more detail in the . Each of sun gear 28, planet wheels 32 and gear wheel 38 includes teeth around its periphery to mesh with the other gears. However, for the sake of clarity, only exemplary parts of the teeth are shown in the . There are four satellites 32 illustrated, although it will be apparent to the skilled reader that more or fewer satellites 32 may be provided within the scope of the claimed invention. Practical applications of a 30 planetary epicyclic gearbox typically include at least three 32 planet gears.

La boîte à engrenages épicycloïdaux 30 illustrée à titre d’exemple dans les Figures 2 et 3 est du type planétaire, du fait que le porte-satellites 34 est couplé à un arbre de sortie par l’intermédiaire de tringleries 36, avec la roue dentée 38 fixe. Cependant, tout autre type approprié de boîte à engrenages épicycloïdaux 30 peut être utilisé. À titre d’exemple supplémentaire, la boîte à engrenages épicycloïdaux 30 peut être un agencement en étoile, dans lequel le porte-satellites 34 est maintenu fixe, avec la roue dentée (ou couronne) 38 autorisée à tourner. Dans un tel agencement, la soufflante 23 est entraînée par la roue dentée 38. À titre d’exemple alternatif supplémentaire, la boîte à engrenages 30 peut être une boîte différentielle dans laquelle la roue dentée 38 et le porte-satellites 34 sont tous deux autorisés à tourner.The epicyclic gearbox 30 illustrated by way of example in Figures 2 and 3 is of the planetary type, in that the planet carrier 34 is coupled to an output shaft via linkages 36, with the toothed wheel 38 fixed. However, any other suitable type of epicyclic gearbox 30 can be used. As a further example, the epicyclic gearbox 30 may be a star arrangement, in which the planet carrier 34 is held stationary, with the gear wheel (or ring gear) 38 allowed to rotate. In such an arrangement, fan 23 is driven by gear wheel 38. As a further alternative example, gearbox 30 may be a differential gearbox in which both gear wheel 38 and planet carrier 34 are permitted. to turn.

L’agencement représenté dans les Figures 2 et 3 est donné à titre d’exemple uniquement et que diverses variantes entrent dans le cadre de la présente divulgation. En conséquence, la présente divulgation concerne un moteur à turbine à gaz ayant un agencement quelconque de styles de boîte à engrenages (par exemple en étoile ou planétaire), des structures de support, un agencement d’arbres d’entrée et de sortie et des emplacements de paliers.The arrangement shown in Figures 2 and 3 is given by way of example only and various variations are within the scope of this disclosure. Accordingly, the present disclosure relates to a gas turbine engine having any arrangement of gearbox styles (e.g. star or planetary), support structures, arrangement of input and output shafts and bearing locations.

Les figures 4 et 5 illustrent plus en détail le brûleur à mélange pauvre 16.Figures 4 and 5 illustrate the lean burn burner 16 in more detail.

Le brûleur à mélange pauvre 16 comprend une pluralité d’injecteurs de carburant à mélange pauvre 50, comprenant chacun un bras d’alimentation en carburant 52 et une tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 54. Le bras d’alimentation en carburant 52 achemine le carburant d’un système de distribution (non illustré) vers la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 54, où le carburant et l’air sont mélangés.The lean burn burner 16 includes a plurality of lean burn fuel injectors 50, each including a fuel feed arm 52 and a lean burn fuel injector head 54. The fuel feed arm 52 routes fuel from a delivery system (not shown) to lean burn fuel injector head 54, where fuel and air are mixed.

La tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 54 comprend un injecteur de carburant pilote 56 et un injecteur de carburant principal radialement externe 58. L’injecteur de carburant principal 58 est agencé de manière coaxiale autour de l’injecteur de carburant pilote 56. La tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 54 comprend en outre des dispositifs de tourbillonnement d’air (non illustrés par souci de simplicité). Selon des agencements connus, la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 54 peut comprendre trois, quatre ou cinq dispositifs de tourbillonnement d’air adaptés pour fournir des flux d’air tourbillonnants qui atomisent le carburant des injecteurs de carburants pilote et principal. Les dispositifs de tourbillonnement d’air peuvent comprendre des aubes de tourbillonnement.The lean burn fuel injector head 54 includes a pilot fuel injector 56 and a radially outer main fuel injector 58. The main fuel injector 58 is arranged coaxially around the pilot fuel injector 56. The lean burn fuel injector head 54 further includes air swirl devices (not shown for simplicity). According to known arrangements, the lean burn fuel injector head 54 may include three, four or five air swirl devices adapted to provide swirling air streams which atomize fuel from the pilot and main fuel injectors. Air swirl devices may include swirl vanes.

Par exemple, dans un agencement à trois dispositifs de tourbillonnement d’air, l’injecteur de carburant pilote est prévu entre les dispositifs de tourbillonnement d’air interne et externe, l’injecteur de carburant principal est également prévu entre les dispositifs de tourbillonnement d’air interne et externe, le dispositif de tourbillonnement d’air externe d’injecteur de carburant pilote étant le dispositif de tourbillonnement d’air interne d’injecteur de carburant principal. Dans un agencement à quatre dispositifs de tourbillonnement, l’injecteur de carburant pilote et l’injecteur de carburant principal ne partagent pas de dispositifs de tourbillonnement d’air, de sorte que chacun de l’injecteur de carburant pilote et de l’injecteur de carburant principal comprenne son propre ensemble de dispositifs de tourbillonnement d’air interne et externe. Dans un agencement à cinq dispositifs de tourbillonnement, un dispositif de tourbillonnement d’air supplémentaire est prévu entre le dispositif de tourbillonnement d’air externe de l’injecteur de carburant pilote et le dispositif de tourbillonnement d’air interne de l’injecteur de carburant principal.For example, in a three air swirl arrangement, the pilot fuel injector is provided between the inner and outer air swirl devices, the main fuel injector is also provided between the inner and outer air swirl devices. inner and outer air, the pilot fuel injector outer air swirl being the main fuel injector inner air swirl. In a four swirl device arrangement, the pilot fuel injector and the main fuel injector do not share air swirl devices, so each of the pilot fuel injector and the main fuel includes its own set of internal and external air swirl devices. In a five swirl device arrangement, an additional air swirl device is provided between the outer pilot fuel injector air swirl device and the inner fuel injector air swirl device. major.

Le brûleur à mélange pauvre 16 comprend en outre une chambre de combustion 60 s’étendant le long d’une direction axiale 62. Dans le mode de réalisation illustré, la direction axiale 62 est sensiblement parallèle à l’axe de rotation principal de moteur 9. Dans d’autres modes de réalisation non illustrés, la direction axiale 62 peut ne pas être parallèle à l’axe de rotation principal de moteur 9. En d’autres termes, les chambres de combustion peuvent s’étendre selon un angle par rapport à la direction axiale 62, par exemple selon un angle compris entre 0° et 20°.The lean burn burner 16 further includes a combustion chamber 60 extending along an axial direction 62. In the illustrated embodiment, the axial direction 62 is substantially parallel to the engine main axis of rotation 9 In other embodiments not shown, the axial direction 62 may not be parallel to the main axis of rotation of the engine 9. In other words, the combustion chambers may extend at an angle with respect to to the axial direction 62, for example at an angle between 0° and 20°.

La chambre de combustion 60 comprend une paroi annulaire radialement interne 64, une paroi annulaire radialement externe 66 et un panneau de mesure 68 prévu en amont des parois annulaires radialement interne et radialement externe 64, 66. Axialement opposée au panneau de mesure 68, la chambre de combustion 60 présente une sortie annulaire 67, à travers laquelle le gaz brûlé sort de la chambre de combustion 60. La sortie annulaire est définie entre les parties d’extrémité aval respectives de la paroi annulaire radialement interne 64 et de la paroi annulaire radialement externe 66 de la chambre de combustion 60. En d’autres termes, la chambre de combustion 60 s’étend axialement à partir de la plaque de mesure amont 68 et de la sortie annulaire aval 67 sur une longueur L.The combustion chamber 60 includes a radially inner annular wall 64, a radially outer annular wall 66 and a metering panel 68 provided upstream of the radially inner and radially outer annular walls 64, 66. Axially opposite the metering panel 68, the chamber combustion chamber 60 has an annular outlet 67, through which the burnt gas exits the combustion chamber 60. The annular outlet is defined between the respective downstream end portions of the radially inner annular wall 64 and the radially outer annular wall 66 of the combustion chamber 60. In other words, the combustion chamber 60 extends axially from the upstream measuring plate 68 and the downstream annular outlet 67 over a length L.

Le panneau de mesure 68 est muni d’une pluralité d’ouvertures 70 pour recevoir les injecteurs de carburant à mélange pauvre 50. En détail, les injecteurs de carburant à mélange pauvre 50 sont reliés au panneau de mesure 68 au niveau d’une pointe 72 de la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 54 qui est reçue de manière coaxiale dans l’ouverture 70.The meter panel 68 is provided with a plurality of apertures 70 to receive the lean burn fuel injectors 50. In detail, the lean burn fuel injectors 50 are connected to the meter panel 68 at a tip 72 of lean burn fuel injector head 54 which is coaxially received in aperture 70.

La tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 54 peut s’étendre généralement le long d’une direction longitudinale 55. Dans le mode de réalisation illustré, la direction longitudinale 55 est parallèle à la direction axiale 62. En d’autres termes, un angle d’inclinaison αcantdéfini entre la direction longitudinale 55 et la direction axiale 62 est de 0°. Dans un mode de réalisation non illustré, la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 54 peut ne pas être coaxiale avec l’ouverture 70, ou en d’autres termes l’angle d’inclinaison αcantpeut être différent de 0°, par exemple compris entre 0° et 10°.The lean burn fuel injector head 54 may extend generally along a longitudinal direction 55. In the illustrated embodiment, the longitudinal direction 55 is parallel to the axial direction 62. In other words, an angle of inclination α cant defined between the longitudinal direction 55 and the axial direction 62 is 0°. In an embodiment not illustrated, the lean burn fuel injector head 54 may not be coaxial with the opening 70, or in other words the angle of inclination α cant may be different from 0° , for example between 0° and 10°.

Les injecteurs de carburant à mélange pauvre 50 sont configurés pour injecter du carburant et de l’air dans la chambre de combustion 50. Un point médian de panneau de mesure 69 est défini au niveau du panneau de mesure 68 à mi-chemin entre la paroi annulaire radialement interne 64 et la paroi annulaire radialement externe 66.Lean burn fuel injectors 50 are configured to inject fuel and air into combustion chamber 50. A metering panel midpoint 69 is defined at metering panel 68 midway between the wall radially inner annular 64 and the radially outer annular wall 66.

La pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 72 présente un diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre d, qui correspond au diamètre de l’ouverture 70.The lean burn fuel injector head tip 72 has a lean burn fuel injector head tip diameter d, which corresponds to the diameter of the aperture 70.

La paroi annulaire radialement interne 64 et la paroi annulaire radialement externe 66 sont reliées au panneau de mesure 68 au niveau de leurs parties d’extrémité amont. La paroi annulaire radialement interne 64, la paroi annulaire radialement externe 66 et le panneau de mesure 68 définissent avec des surfaces internes respectives la taille et la forme de la chambre de combustion 60.The radially inner annular wall 64 and the radially outer annular wall 66 are connected to the measurement panel 68 at their upstream end portions. Radially inner annular wall 64, radially outer annular wall 66, and metering panel 68 together with respective inner surfaces define the size and shape of combustion chamber 60.

Dans des modes de réalisation non illustrés, la paroi annulaire radialement interne 64, la paroi annulaire radialement externe 66 et le panneau de mesure 68 peuvent chacun comprendre des carreaux respectifs. S’ils sont présents, les carreaux définissent les surfaces internes respectives de la paroi annulaire radialement interne 64, de la paroi annulaire radialement externe 66 et du panneau de mesure 68, et par conséquent la taille et la forme de la chambre de combustion 60 où se produit la combustion. Les carreaux, ou en d’autres termes les surfaces internes de la paroi annulaire radialement interne 64, de la paroi annulaire radialement externe 66 et du panneau de mesure 68 font face au processus de combustion dans la chambre de combustion 60 et sont en contact avec le mélange de carburant et d’air et/ou les gaz de combustion.In non-illustrated embodiments, radially inner annular wall 64, radially outer annular wall 66, and measurement panel 68 may each include respective tiles. If present, the tiles define the respective inner surfaces of radially inner annular wall 64, radially outer annular wall 66, and metering panel 68, and therefore the size and shape of combustion chamber 60 where combustion occurs. The tiles, or in other words the inner surfaces of the radially inner annular wall 64, the radially outer annular wall 66 and the measurement panel 68 face the combustion process in the combustion chamber 60 and are in contact with fuel and air mixture and/or combustion gases.

La paroi annulaire radialement externe 66 s’étend sensiblement axialement entre le panneau de mesure 68 et la sortie annulaire 67. En d’autres termes, la paroi annulaire radialement externe 66 forme un angle externe αouteravec la direction axiale 62 sensiblement égal à 0°. Dans des modes de réalisation non illustrés, la paroi annulaire radialement externe 66 peut s’étendre le long d’une direction qui forme avec la direction axiale 62 un angle externe αouterdifférent de 0°, par exemple compris entre 0° et 15°.The radially outer annular wall 66 extends substantially axially between the measurement panel 68 and the annular outlet 67. In other words, the radially outer annular wall 66 forms an external angle α outer with the axial direction 62 substantially equal to 0. °. In embodiments not shown, the radially outer annular wall 66 may extend along a direction which forms with the axial direction 62 an external angle α outer different from 0°, for example between 0° and 15° .

La paroi annulaire radialement externe 66 comprend une première partie 74 et une deuxième partie 75. La première partie 74 de la paroi annulaire radialement externe 66 est agencée en amont de la deuxième partie 75 de la paroi annulaire radialement externe 66. Une partie amont de la première partie 74 de la paroi annulaire radialement externe 66 est reliée au panneau de mesure 68. Une partie d’extrémité aval de la deuxième partie 75 de la paroi annulaire radialement externe 66 définit la sortie annulaire 67 de la chambre de combustion 60. Dans le mode de réalisation illustré, la première partie 74 et la deuxième partie 75 de la paroi annulaire radialement externe 66 sont solidaires et mutuellement alignées le long de la direction axiale 62.The radially outer annular wall 66 comprises a first part 74 and a second part 75. The first part 74 of the radially outer annular wall 66 is arranged upstream of the second part 75 of the radially outer annular wall 66. An upstream part of the first part 74 of the radially outer annular wall 66 is connected to the measurement panel 68. A downstream end part of the second part 75 of the radially outer annular wall 66 defines the annular outlet 67 of the combustion chamber 60. In the illustrated embodiment, the first part 74 and the second part 75 of the radially outer annular wall 66 are integral and mutually aligned along the axial direction 62.

La paroi annulaire radialement interne 64 comprend une première partie 76 et une deuxième partie 77. La première partie 76 de la paroi annulaire radialement interne 64 est agencée en amont de la deuxième partie 77 de la paroi annulaire radialement interne 64. Une partie amont de la première partie 76 de la paroi annulaire radialement interne 64 est reliée au panneau de mesure 68. Une partie d’extrémité aval de la deuxième partie 77 de la paroi annulaire radialement interne 64 ainsi que la partie d’extrémité aval de la deuxième partie 75 de la paroi annulaire radialement externe 66 définissent la sortie annulaire 67 de la chambre de combustion 60. La première partie 76 de la paroi annulaire radialement interne 64 est agencée selon un angle par rapport à la deuxième partie 77 de la paroi annulaire radialement interne 64. La première partie 76 de la paroi annulaire radialement interne 64 est généralement parallèle à la direction axiale 62. La première partie 76 de la paroi annulaire radialement interne 64 est généralement parallèle à la première partie 74 de la paroi annulaire radialement externe 66. La deuxième partie 75 de la paroi annulaire radialement interne 64 converge vers la paroi annulaire radialement externe 66 dans une direction aval pour former la sortie annulaire 67. La deuxième partie 77 de la paroi annulaire radialement interne 64 est agencée selon un angle par rapport à la première partie 76 de la paroi annulaire radialement interne 64. En outre, la deuxième partie 77 de la paroi annulaire radialement interne 64 forme un angle interne αinneravec la première partie 76 de la paroi annulaire radialement interne 64. L’angle interne αinnerest généralement compris entre 25° et 40°. À mesure que la première partie 76 de la paroi annulaire radialement interne 76 et la paroi annulaire radialement externe 74 sont généralement parallèles à la direction axiale 62, la deuxième partie 77 de la paroi annulaire radialement interne 64 est agencée selon l’angle interne αinnerpar rapport à la direction axiale 62 et à la paroi annulaire radialement externe 74.The radially internal annular wall 64 comprises a first part 76 and a second part 77. The first part 76 of the radially internal annular wall 64 is arranged upstream of the second part 77 of the radially internal annular wall 64. An upstream part of the first part 76 of the radially internal annular wall 64 is connected to the measurement panel 68. A downstream end part of the second part 77 of the radially internal annular wall 64 as well as the downstream end part of the second part 75 of the radially outer annular wall 66 define the annular outlet 67 of the combustion chamber 60. The first part 76 of the radially inner annular wall 64 is arranged at an angle with respect to the second part 77 of the radially inner annular wall 64. The first portion 76 of the radially inner annular wall 64 is generally parallel to the axial direction 62. The first portion 76 of the radially inner annular wall Inner element 64 is generally parallel to first portion 74 of radially outer annular wall 66. Second portion 75 of radially inner annular wall 64 converges toward radially outer annular wall 66 in a downstream direction to form annular outlet 67. second part 77 of the radially internal annular wall 64 is arranged at an angle with respect to the first part 76 of the radially internal annular wall 64. In addition, the second part 77 of the radially internal annular wall 64 forms an internal angle α inner with the first part 76 of the radially internal annular wall 64. The internal angle α inner is generally between 25° and 40°. As the first part 76 of the radially inner annular wall 76 and the radially outer annular wall 74 are generally parallel to the axial direction 62, the second part 77 of the radially inner annular wall 64 is arranged according to the internal angle α inner relative to the axial direction 62 and to the radially outer annular wall 74.

La chambre de combustion 60 comprend une zone de combustion primaire 80 et une zone de combustion secondaire 82.The combustion chamber 60 includes a primary combustion zone 80 and a secondary combustion zone 82.

La zone de combustion primaire 80 est définie par la première partie 76 de la paroi annulaire radialement interne 64, la première partie 74 de la paroi annulaire radialement externe 66, et le panneau de mesure 68. La zone de combustion primaire 80 présente une section transversale annulaire et s’étend axialement à partir du panneau de mesure 68 sur une longueur Z. Dans le mode de réalisation illustré, à la fois la première partie 74 de la paroi annulaire radialement externe 66 et la première partie 76 de la paroi annulaire radialement interne 64 s’étendent axialement sur la longueur Z. En outre, la zone de combustion primaire 80 s’étend radialement, c’est-à-dire dans une direction perpendiculaire à la direction axiale 62, sur une profondeur D entre la première partie 76 de la paroi annulaire radialement interne 64 et la première partie 74 de la paroi annulaire radialement externe 66.Primary combustion zone 80 is defined by first portion 76 of radially inner annular wall 64, first portion 74 of radially outer annular wall 66, and metering panel 68. Primary combustion zone 80 has a cross section annular and extends axially from the measurement panel 68 over a length Z. In the illustrated embodiment, both the first portion 74 of the radially outer annular wall 66 and the first portion 76 of the radially inner annular wall 64 extend axially over the length Z. In addition, the primary combustion zone 80 extends radially, that is to say in a direction perpendicular to the axial direction 62, over a depth D between the first part 76 of the radially inner annular wall 64 and the first part 74 of the radially outer annular wall 66.

La zone de combustion secondaire 82, qui est agencée en aval de la zone de combustion primaire 80, est définie par la deuxième partie 77 de la paroi annulaire radialement interne 64 et la deuxième partie 75 de la paroi annulaire radialement externe 66. En pratique, la zone de combustion secondaire 82 s’étend d’une partie d’extrémité aval de la zone de combustion primaire 80 à la sortie annulaire 67. La zone de combustion secondaire 82 s’étend axialement sur une longueur L-Z. Dans le mode de réalisation décrit, la deuxième partie 75 de la paroi annulaire radialement externe 66 s’étend sur la même longueur L-Z et la deuxième partie 77 de la paroi annulaire radialement interne 64 s’étend sur une longueur égale à (L-Z) · sin αinner. La deuxième zone de combustion 82 est de forme annulaire et tronconique et converge en aval vers la sortie annulaire 67.The secondary combustion zone 82, which is arranged downstream of the primary combustion zone 80, is defined by the second part 77 of the radially internal annular wall 64 and the second part 75 of the radially external annular wall 66. In practice, secondary combustion zone 82 extends from a downstream end portion of primary combustion zone 80 to annular outlet 67. Secondary combustion zone 82 extends axially over a length LZ. In the embodiment described, the second part 75 of the radially outer annular wall 66 extends over the same length LZ and the second part 77 of the radially inner annular wall 64 extends over a length equal to (LZ) sin α inner . The second combustion zone 82 is of annular and frustoconical shape and converges downstream towards the annular outlet 67.

La chambre de combustion 60 est dimensionnée de sorte qu’un rapport L/D de la longueur de chambre de combustion L sur la profondeur de zone de combustion primaire D soit inférieur à 2,0, par exemple inférieur à 1,60, et supérieur à 1,0, par exemple supérieur à 1,25. Le rapport L/D étant inférieur à 2,0, par exemple inférieur à 1,60, et supérieur à 1,0, par exemple supérieur à 1,25, permet d’optimiser l’aérodynamique du mélange de carburant et d’air provenant des injecteurs de carburants principal et pilote 56, 58 et du dispositif de tourbillonnement d’air relatif et d’augmenter l’efficacité de combustion.Combustion chamber 60 is sized such that a ratio L/D of combustion chamber length L to primary combustion zone depth D is less than 2.0, for example less than 1.60, and greater than to 1.0, for example greater than 1.25. The L/D ratio being less than 2.0, for example less than 1.60, and greater than 1.0, for example greater than 1.25, makes it possible to optimize the aerodynamics of the mixture of fuel and air from the main and pilot fuel injectors 56, 58 and relative air swirl device and to increase combustion efficiency.

Ceci sera décrit plus en détail en référence à la .This will be described in more detail with reference to the .

Le mélange de carburant pilote et d’air se déplace le long de ce qu’on appelle une trajectoire 86 en forme de S dans la zone de combustion primaire 80. Le mélange de carburant pilote et d’air provenant de la pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 72 atteint un point de stagnation SP où la vitesse locale de mélange de carburant pilote et d’air est nulle, et est ensuite dévié vers l’arrière vers les parois annulaires radialement externe et radialement interne 74, 76 (en raison de la faible pression statique exercée par le mélange de carburant principal et d’air 84) où le mélange de carburant pilote et d’air entre en contact et favorise/stabilise la combustion du mélange de carburant principal et d’air 84.The pilot fuel and air mixture moves along what is called an S-shaped path 86 in the primary combustion zone 80. The pilot fuel and air mixture from the tip of the d the lean burn fuel injector 72 reaches a stagnation point SP where the local pilot fuel and air mixture velocity is zero, and is then deflected rearward toward the radially outer and radially inner annular walls 74, 76 (due to the low static pressure exerted by the main fuel and air mixture 84) where the pilot fuel and air mixture comes into contact and promotes/stabilizes the combustion of the main fuel and air mixture 84 .

Le rapport L/D étant inférieur à 2,0, par exemple inférieur à 1,60, et supérieur à 1,0, par exemple supérieur à 1,25, permet d’obtenir la recirculation de flux en forme de S du mélange de carburant pilote et d’air dans la zone de combustion primaire 80. En d’autres termes, le point de stagnation SP de mélange de carburant pilote et d’air se trouve dans la zone de combustion primaire 80 et le mélange de carburant pilote et d’air se mélange avec le mélange d’air et de carburant principal 84 dans la zone de combustion primaire 80.The L/D ratio being less than 2.0, for example less than 1.60, and greater than 1.0, for example greater than 1.25, makes it possible to obtain the S-shaped flow recirculation of the mixture of pilot fuel and air in the primary combustion zone 80. In other words, the pilot fuel and air mixture stagnation point SP is in the primary combustion zone 80 and the pilot fuel and air mixture of air mixes with the primary air and fuel mixture 84 in the primary combustion zone 80.

Un autre paramètre non dimensionnel peut avoir un effet positif sur la formation de la trajectoire en forme de S de mélange de carburant pilote et d’air 86 dans la zone de combustion primaire 80.Another non-dimensional parameter can have a positive effect on the formation of the S-shaped path of pilot fuel and air mixture 86 in the primary combustion zone 80.

La chambre de combustion 60 peut être dimensionnée de sorte qu’un rapport L/d de la longueur de chambre de combustion L sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre d soit inférieur à 5, ou inférieur à 2,5, et supérieur à 1,5, ou supérieur à 2,0. Dans un mode de réalisation, la chambre de combustion 60 peut avoir un rapport L/d de 3,5.Combustor 60 may be sized such that a ratio L/d of combustion chamber length L to lean burn fuel injector head tip diameter d is less than 5, or less than 2 .5, and greater than 1.5, or greater than 2.0. In one embodiment, the combustor 60 may have an L/d ratio of 3.5.

En outre, la chambre de combustion 60 peut être dimensionnée de sorte que le rapport D/d de la profondeur de zone de combustion primaire D sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre d soit compris entre 1,2 et 2,4, de préférence entre 2,0 et 2,4. Dans un mode de réalisation, la chambre de combustion 60 peut avoir un rapport D/d de 2,2.Further, the combustion chamber 60 can be sized such that the ratio D/d of the primary combustion zone depth D to the lean burn fuel injector head tip diameter d is between 1.2 and 2.4, preferably between 2.0 and 2.4. In one embodiment, combustor 60 may have a D/d ratio of 2.2.

De plus, la chambre de combustion 60 peut être dimensionnée de sorte qu’un rapport Z/d de la longueur de zone de combustion primaire L sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre d soit supérieur à 0,70 et inférieur à 1,40, de préférence compris entre 0,9 et 1,25. Dans un mode de réalisation, la chambre de combustion 60 peut avoir un rapport Z/d de 1,05.Additionally, the combustion chamber 60 may be sized such that a ratio Z/d of the primary combustion zone length L to the lean burn fuel injector head tip diameter d is greater than 0, 70 and less than 1.40, preferably between 0.9 and 1.25. In one embodiment, combustor 60 may have a Z/d ratio of 1.05.

Les rapports ci-dessus (L/d, D/d et Z/d) peuvent contribuer à optimiser l’aérodynamique du mélange de carburant et d’air provenant des injecteurs de carburants principal et pilote 56, 58 et du dispositif de tourbillonnement d’air relatif et augmenter l’efficacité de combustion.The above ratios (L/d, D/d, and Z/d) can help optimize the aerodynamics of the fuel and air mixture from the main and pilot fuel injectors 56, 58 and swirl device. relative air and increase combustion efficiency.

Il convient de noter que tous les rapports ci-dessus (L/D, L/d, D/d et Z/d) sont non dimensionnels et s’appliquent par conséquent aux brûleurs à mélange pauvre d’une large gamme de tailles. Par exemple, D peut être comprise entre 90 mm et 150 mm, par exemple entre 110 mm et 140 mm, d peut être compris entre 60 mm et 100 mm, par exemple entre 70 mm et 85 mm, Z peut être comprise entre 50 mm et 130 mm, par exemple entre 60 mm et 110 mm, et L peut être comprise entre 100 mm et 200 mm.It should be noted that all of the above ratios (L/D, L/d, D/d and Z/d) are non-dimensional and therefore apply to lean burn burners of a wide range of sizes. For example, D can be between 90 mm and 150 mm, for example between 110 mm and 140 mm, d can be between 60 mm and 100 mm, for example between 70 mm and 85 mm, Z can be between 50 mm and 130 mm, for example between 60 mm and 110 mm, and L can be between 100 mm and 200 mm.

Le brûleur à mélange pauvre 16 comprend en outre un pré-diffuseur 90 pour fournir à la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 54 de l’air comprimé du compresseur haute pression 15. Le pré-diffuseur est annulaire et comprend une paroi radialement interne 92 et une paroi radialement externe 94 qui définissent une sortie 96 pour l’air comprimé. Un point médian de pré-diffuseur de sortie 98 est défini à mi-chemin entre la paroi radialement interne 92 et la paroi radialement externe 94 au niveau de la sortie 96.The lean burn burner 16 further includes a pre-diffuser 90 for supplying the lean burn fuel injector head 54 with compressed air from the high pressure compressor 15. The pre-diffuser is annular and includes a wall radially internal 92 and a radially outer wall 94 which define an outlet 96 for the compressed air. An outlet pre-diffuser midpoint 98 is defined midway between radially inner wall 92 and radially outer wall 94 at outlet 96.

Le pré-diffuseur 90 est agencé en amont de la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre 54 à une distance g (espace humide) du panneau de mesure 68. L’espace humide g est défini comme la distance axiale entre le point médian de pré-diffuseur de sortie 98 et le point médian de panneau de mesure 69. Le pré-diffuseur 90 est éloigné de la chambre de combustion 60 de sorte que le rapport g/d de l’espace humide g sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre d puisse être inférieur à 1,30, par exemple inférieur à 1,15, et supérieur à 0,65, par exemple supérieur à 0,85. Dans un mode de réalisation, la chambre de combustion 60 peut avoir un rapport g/d de 1,05.The pre-diffuser 90 is arranged upstream of the lean burn fuel injector head 54 at a distance g (wet space) from the metering panel 68. The wet space g is defined as the axial distance between the midpoint pre-diffuser 98 and the metering panel midpoint 69. lean burn fuel injector head d may be less than 1.30, e.g., less than 1.15, and greater than 0.65, e.g., greater than 0.85. In one embodiment, the combustor 60 may have a g/d ratio of 1.05.

L’agencement du pré-diffuseur 90 à une distance par rapport au panneau de mesure 68 de sorte que le rapport g/d de l’espace humide g sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre d puisse être inférieur à 1,30 et supérieur à 0,65 peut en outre améliorer l’aérodynamique des mélanges de carburant principal et d’air et de carburant pilote et d’air dans la chambre de combustion 60, et en particulier dans la zone de combustion primaire 80.The arrangement of the pre-diffuser 90 at a distance from the metering panel 68 so that the ratio g/d of the wet space g to the lean burn fuel injector head tip diameter d can be less than 1.30 and greater than 0.65 can further improve the aerodynamics of the main fuel and air and pilot fuel and air mixtures in the combustion chamber 60, and particularly in the combustion zone primary 80.

Bien que la présente divulgation ait été décrite en référence à un moteur à turbine à gaz à turboréacteur à double flux, il est également possible d’utiliser la présente divulgation sur un moteur à turbine à gaz à turboréacteur, un moteur à turbine à gaz à turbomoteur ou un moteur à turbine à gaz à turbopropulseur. Bien que la présente divulgation ait été décrite en référence à un moteur à turbine à gaz aéronautique, il est également possible d’utiliser la présente divulgation sur un moteur à turbine à gaz marin, ou un moteur à turbine à gaz industriel.Although the present disclosure has been described with reference to a turbofan gas turbine engine, it is also possible to use the present disclosure on a turbojet gas turbine engine, a turboshaft engine or a turboprop gas turbine engine. Although the present disclosure has been described with reference to an aeronautical gas turbine engine, it is also possible to use the present disclosure on a marine gas turbine engine, or an industrial gas turbine engine.

Claims (15)

Brûleur à mélange pauvre (16) comprenant :
- une pluralité d’injecteurs de carburant à mélange pauvre (50), comprenant chacun un bras d’alimentation en carburant (52) et une tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre (54) avec une pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre (72), dans lequel la pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre (72) a un diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre (d), la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre (54) comprenant un injecteur de carburant pilote (56) et un injecteur de carburant principal (58), l’injecteur de carburant principal (58) étant agencé de manière coaxiale et radiale vers l’extérieur de l’injecteur de carburant pilote (56) ; et
- une chambre de combustion (60) s’étendant le long d’une direction axiale (62) et comprenant une paroi annulaire radialement interne (64), une paroi annulaire radialement externe (66) et un panneau de mesure (68) prévu en amont des parois annulaires radialement interne et radialement externe avec une pluralité d’ouvertures (70) adaptées pour recevoir les pointes de têtes d’injecteurs de carburant à mélange pauvre (72), la paroi annulaire radialement interne (64), la paroi annulaire radialement externe (66) et le panneau de mesure (68) définissant la taille et la forme de la chambre de combustion (60), où la chambre de combustion (60) a une longueur de chambre de combustion (L) et comprend une zone de combustion primaire (80) avec une longueur de zone de combustion primaire (Z) et une profondeur de zone de combustion primaire (D), et une zone de combustion secondaire (82) avec une longueur de zone de combustion secondaire (L-Z) agencée en aval de la zone de combustion primaire (80) ;
dans lequel un rapport L/D de la longueur de chambre de combustion sur la profondeur de zone de combustion primaire est inférieur à 2,0.
Lean burn burner (16) comprising:
- a plurality of lean burn fuel injectors (50), each comprising a fuel feed arm (52) and a lean burn fuel injector head (54) with a lean burn fuel (72), wherein the lean burn fuel injector head tip (72) has a lean burn fuel injector head tip diameter (d), the injector head of lean burn fuel (54) comprising a pilot fuel injector (56) and a main fuel injector (58), the main fuel injector (58) being arranged coaxially and radially outward from the injector pilot fuel (56); and
- a combustion chamber (60) extending along an axial direction (62) and comprising a radially inner annular wall (64), a radially outer annular wall (66) and a measurement panel (68) provided in upstream of radially inner and radially outer annular walls with a plurality of apertures (70) adapted to receive lean burn fuel injector tip tips (72), the radially inner annular wall (64), the radially inner annular wall external (66) and the measurement panel (68) defining the size and shape of the combustion chamber (60), wherein the combustion chamber (60) has a combustion chamber length (L) and includes an area of primary combustion (80) with a primary combustion zone length (Z) and a primary combustion zone depth (D), and a secondary combustion zone (82) with a secondary combustion zone length (LZ) arranged in downstream of the primary combustion zone (80);
wherein an L/D ratio of combustion chamber length to primary combustion zone depth is less than 2.0.
Brûleur à mélange pauvre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport L/D de la longueur de chambre de combustion sur la profondeur de zone de combustion primaire est inférieur à 1,6.Lean burn burner according to Claim 1, characterized in that the L/D ratio of the length of the combustion chamber to the depth of the primary combustion zone is less than 1.6. Brûleur à mélange pauvre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport L/D de la longueur de chambre de combustion sur la profondeur de zone de combustion primaire est supérieur à 1,0, de préférence supérieur à 1,25.Lean burner according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio L/D of the length of the combustion chamber to the depth of the primary combustion zone is greater than 1.0, preferably greater than 1, 25. Brûleur à mélange pauvre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un rapport L/d de la longueur de chambre de combustion sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est inférieur à 5, de préférence inférieur à 3 ; et/ou dans lequel un rapport L/d de la longueur de chambre de combustion sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est supérieur à 1,5, de préférence supérieur à 2,0.A lean burn burner according to any preceding claim, characterized in that an L/d ratio of combustion chamber length to lean burn fuel injector head tip diameter is less than 5, preferably less than 3; and/or wherein an L/d ratio of combustion chamber length to lean burn fuel injector head tip diameter is greater than 1.5, preferably greater than 2.0. Brûleur à mélange pauvre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un rapport D/d de la profondeur de zone de combustion primaire sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est inférieur à 2,4, de préférence inférieur à 2,0 ; et/ou dans lequel un rapport D/d de la profondeur de zone de combustion primaire sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est supérieur à 1,2, de préférence supérieur à 1,5.A lean burn burner according to any preceding claim, characterized in that a ratio D/d of primary combustion zone depth to lean burn fuel injector head tip diameter is less than 2 .4, preferably less than 2.0; and/or wherein a D/d ratio of primary combustion zone depth to lean burn fuel injector head tip diameter is greater than 1.2, preferably greater than 1.5. Brûleur à mélange pauvre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’un rapport Z/d de la longueur de zone de combustion primaire sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est inférieur à 1,40, de préférence inférieur à 1,20 ; et/ou dans lequel un rapport Z/d de la longueur de zone de combustion primaire sur le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est supérieur à 0,70, de préférence supérieur à 0,90.Lean burn burner according to any of the preceding claims, characterized in that a Z/d ratio of primary combustion zone length to lean burn fuel injector head tip diameter is less than 1 .40, preferably less than 1.20; and/or wherein a Z/d ratio of primary combustion zone length to lean burn fuel injector head tip diameter is greater than 0.70, preferably greater than 0.90. Brûleur à mélange pauvre selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en qu’en outre un pré-diffuseur (90), agencé en amont de la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre (54) et adapté pour fournir à la chambre de combustion (60) de l’air comprimé, le pré-diffuseur (90) étant globalement annulaire et comprenant des parois radialement interne et radialement externe (92, 94) définissant une sortie (96), un espace humide (g) étant défini comme une distance axiale entre un point médian (98) entre les parois radialement interne et radialement externe (92, 94) du pré-diffuseur (90) au niveau de ladite sortie (96) et un point médian (69) entre les parois annulaires radialement interne et radialement externe (92, 94) de la chambre de combustion (60) au niveau du panneau de mesure (68), dans lequel un rapport g/d entre l’espace humide et le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est inférieur à 1,3, de préférence inférieur à 1,15.Lean burn burner according to any one of the preceding claims, characterized in that in addition a pre-diffuser (90), arranged upstream of the lean burn fuel injector head (54) and adapted to supply the combustion chamber (60) of the compressed air, the pre-diffuser (90) being generally annular and comprising radially internal and radially external walls (92, 94) defining an outlet (96), a wet space (g) being defined as an axial distance between a midpoint (98) between the radially inner and radially outer walls (92, 94) of the pre-diffuser (90) at said outlet (96) and a midpoint (69) between the walls radially inner and radially outer annuli (92, 94) of the combustion chamber (60) at the measurement panel (68), wherein a ratio g/d between the wet space and the tip tip diameter of lean burn fuel injector is less than 1.3, preferably less than 1.15. Brûleur à mélange pauvre selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le rapport g/d entre l’espace humide et le diamètre de pointe de tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre est supérieur à 0,65, de préférence supérieur à 0,85.Lean burn burner according to the preceding claim, characterized in that the ratio g/d between the wet space and the tip diameter of the lean burn fuel injector head is greater than 0.65, preferably greater than 0 .85. Brûleur à mélange pauvre selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi annulaire radialement externe (66) de la chambre de combustion (60) forme un angle externe αouteravec la direction axiale (62), l’angle externe αouterétant compris entre 0° et 15°.Lean burner according to one of the preceding claims, characterized in that the radially outer annular wall (66) of the combustion chamber (60) forms an external angle α outer with the axial direction (62), the external angle α outer being between 0° and 15°. Brûleur à mélange pauvre selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi annulaire radialement interne (64) de la chambre de combustion (60) comprend une première partie (76) et une deuxième partie (77), la deuxième partie (77) formant un angle interne αinneravec la première partie (76), l’angle interne αinnerétant compris entre 15° et 50°, de préférence entre 25° et 40°.Lean burner according to one of the preceding claims, characterized in that the radially inner annular wall (64) of the combustion chamber (60) comprises a first part (76) and a second part (77), the second part (77) forming an internal angle α inner with the first part (76), the internal angle α inner being between 15° and 50°, preferably between 25° and 40°. Brûleur à mélange pauvre selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête d’injecteur de carburant à mélange pauvre (54) s’étend généralement le long d’une direction longitudinale (55), la direction longitudinale (55) formant un angle d’inclinaison αcantavec la direction axiale (62), l’angle d’inclinaison αcantétant compris entre 0° et 10°.Lean burn burner according to one of the preceding claims, characterized in that the lean burn fuel injector head (54) extends generally along a longitudinal direction (55), the longitudinal direction (55) forming an angle of inclination α cant with the axial direction (62), the angle of inclination α cant being between 0° and 10°. Brûleur à mélange pauvre selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la paroi annulaire radialement interne (64), la paroi annulaire radialement externe (66) et le panneau de mesure (68) sont chacun munis de carreaux respectifs, lesdits carreaux définissant des surfaces internes respectives de la paroi annulaire radialement interne (64), de la paroi annulaire radialement externe (66) et du panneau de mesure (68).Lean burn burner according to one of the preceding claims, characterized in that the radially inner annular wall (64), the radially outer annular wall (66) and the measuring panel (68) are each provided with respective tiles, said tiles defining respective inner surfaces of the radially inner annular wall (64), the radially outer annular wall (66) and the measurement panel (68). Moteur à turbine à gaz (10) comprenant un brûleur à mélange pauvre (16) selon l’une quelconque des revendications précédentes.A gas turbine engine (10) including a lean burn burner (16) according to any preceding claim. Moteur à turbine à gaz selon la revendication précédente, comprenant en outre :
- un noyau de moteur (11) comprenant un compresseur (14), un brûleur, une turbine (19), et un arbre de noyau (26) reliant la turbine (19) au compresseur (14),
- une soufflante située en amont du noyau de moteur, la soufflante comprenant une pluralité de pales de soufflante (23),
dans lequel le brûleur est le brûleur à mélange pauvre (16) selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Gas turbine engine according to the preceding claim, further comprising:
- an engine core (11) comprising a compressor (14), a burner, a turbine (19), and a core shaft (26) connecting the turbine (19) to the compressor (14),
- a fan located upstream of the engine core, the fan comprising a plurality of fan blades (23),
wherein the burner is the lean burn burner (16) according to any preceding claim.
Moteur à turbine à gaz selon la revendication 14, caractérisé en ce que le compresseur (14) et la turbine (19) tournent autour d’un axe de rotation principal de moteur (9), la direction axiale (62) de la chambre de combustion (60) étant parallèle à l’axe de rotation principal de moteur (9).Gas turbine engine according to Claim 14, characterized in that the compressor (14) and the turbine (19) rotate around an engine main axis of rotation (9), the axial direction (62) of the combustion engine (60) being parallel to the engine main axis of rotation (9).
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