WO2016113495A1 - Ensemble de combustion de turbomachine - Google Patents

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WO2016113495A1
WO2016113495A1 PCT/FR2016/050047 FR2016050047W WO2016113495A1 WO 2016113495 A1 WO2016113495 A1 WO 2016113495A1 FR 2016050047 W FR2016050047 W FR 2016050047W WO 2016113495 A1 WO2016113495 A1 WO 2016113495A1
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injection
wheel
flame tube
injector
combustion assembly
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/050047
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English (en)
Inventor
Lorenzo Huacan Hernandez
Nicolas SAVARY
Original Assignee
Turbomeca
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Priority to EP16701838.1A priority patent/EP3245452A1/fr
Priority to CA2971988A priority patent/CA2971988A1/fr
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/38—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply comprising rotary fuel injection means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
    • F23D11/04—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space the spraying action being obtained by centrifugal action
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/46—Combustion chambers comprising an annular arrangement of several essentially tubular flame tubes within a common annular casing or within individual casings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/42—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the arrangement or form of the flame tubes or combustion chambers
    • F23R3/52—Toroidal combustion chambers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/35—Combustors or associated equipment

Definitions

  • the invention relates to the field of combustion assemblies for turbomachines, and more particularly the fuel injection devices in the combustion chamber of these assemblies.
  • a turbomachine generally comprises, from upstream to downstream, in the direction of flow of the gases, a fan, one or more stages of compressors, for example a high pressure compressor and a low pressure compressor, a combustion chamber, one or more turbine stages, for example a high pressure turbine and a low pressure turbine, and a gas exhaust nozzle.
  • Figure 1 attached schematically illustrates a longitudinal sectional view of the combustion assembly 1 of an embodiment of a turbomachine according to the prior art.
  • the combustion assembly 1 is in upstream communication (on the left in FIG. 1) with a compressor (not shown), which supplies it with pressurized air via a diffuser, and is connected in downstream, to a distributor itself connected to a high pressure turbine (not shown in the figures).
  • the combustion assembly 1 is delimited by an outer casing 2 and an inner casing 3 annular, extending one inside the other along a longitudinal axis X-X '.
  • the combustion assembly 1 comprises a "flame tube” or “combustion chamber” 4 which is the seat of the combustion of the gases.
  • the flame tube 4 is arranged between the two outer casings 2 and inner 3 and is provided with walls of revolution before 5 and rear 6 which extend globally one inside the other around the longitudinal axis XX '.
  • the front and rear walls 5 and 6 have an annular bent shape and are connected, upstream, to the inner casing 3, on either side of a centrifugal injection wheel 7, and downstream, to the outer casing 2 and to the inner casing 3 respectively.
  • This type of flame tube is called "annular" and extends around the longitudinal axis XX 'of the combustion assembly 1.
  • the front and rear walls 5 and 6 are generally arranged at a distance from the outer and inner casings 2 and 3, so as to form an annular air supply duct 8 surrounding the flame tube 4.
  • the flame tube 4 comprises several successive zones from upstream to downstream, namely a primary zone 9 into which the injection wheel 7 opens and an intermediate zone 10 at the elbow of the tube, in which there are several dilution pipes 1 1.
  • the air enters the flame tube 4 through a plurality of air inlet ports 12 formed through the front wall 5 and a plurality of air inlet openings 13 formed through the rear wall 6, facing a portion of the primary zone 9.
  • the centrifugal injection wheel 7 is mounted on a drive shaft 15, and is rotated by it.
  • the drive shaft 15 is coaxial with the longitudinal axis X-X 'of the combustion assembly 1.
  • the combustion assembly 1 is furthermore equipped with a plurality of injectors 16 distributed regularly around the drive shaft 15. These injectors 16 are arranged between the drive shaft 15 and the inner housing 3 which also constitutes the bottom (or “inner side") of the flame tube 4 (relative to the longitudinal axis X-X ').
  • Each injector 16 is arranged to project fuel axially, (see arrow i), parallel to the longitudinal axis X-X ', on the front face 17 of the injection wheel 7, that is to say the face facing upstream of the combustion assembly 1.
  • the annular peripheral rim 18 of the wheel 7 is pierced at regular intervals, with a plurality of radially oriented slots 19.
  • these injectors are not very sensitive to the viscosity of the fuel, which is itself related to the type of fuel or to the ambient temperature,
  • the casing of the turbine is of a simple structure and of low mass and consequently of low cost
  • this type of combustion assembly also has drawbacks, related to the position of the injectors, which are placed under the flame tube, near the motor shaft and thus towards the inside of the combustion assembly.
  • turbomachines are used with increasingly high temperature rise cycles to reduce their specific consumption, which causes a coking (that is to say, solidification) of the fuel. It is therefore necessary to clean more frequently the injection system and the many labyrinth seals arranged around, to avoid malfunctions (such as for example the blocking of the shaft by the solidified fuel (“coke”) , premature wear of hot parts due to poor fuel distribution, or failure to start the engine due to blockage of the fuel supply).
  • the diameter of the injection wheel is important, since it is necessary to leave sufficient space between the drive shaft 15 and the edge of the wheel 7, to arrange the injectors 16. As a result, this injection wheel has a large mass and is subjected to high stresses due to the speed of rotation.
  • US 4,040,251 discloses a combustion assembly of the aforementioned type, wherein the injector and its feed tube are arranged in the thickness of the inner housing and the bottom of the flame tube.
  • the spray orifice of the injector opens into the opening in the bottom for the passage of the injection wheel.
  • the invention aims to provide a combustion assembly of the aforementioned type, which retains the above advantages, but which solves the disadvantages mentioned above.
  • the object of the invention is notably to propose a combustion assembly in which the nozzle or injectors of the flame torch are easily removable, without it being necessary to dismantle the whole of the turbomachine and to remove it from the fuel cell. the helicopter.
  • turbomachine combustion assembly comprising:
  • annular flame tube comprising a front wall provided with an upstream zone facing upstream of the combustion assembly, a rear wall provided with an upstream zone facing upstream of the combustion assembly and a bottom disposed opposite a motor shaft,
  • an injection wheel driven in rotation by said drive shaft coaxial with the longitudinal axis XX 'of the combustion assembly, this injection wheel partially projecting into the flame tube through its bottom, and being configured for spraying fuel into the flame tube by centrifugation,
  • At least one injector capable of depositing a film of fuel, on said injection wheel.
  • said injector is disposed through said upstream zone of the front wall or through said upstream zone of the rear wall of the flame tube and so that its orifice injection opens into this tube, facing the portion of said injection wheel which is in said flame tube.
  • said injector is disposed through the upstream zone of the front wall of the flame tube, said injection wheel is bent at its periphery, upstream of the assembly of combustion, so as to have an annular rim, this annular flange is pierced with several radial injection ports and said injector opens into the flame tube facing the front face of the annular peripheral portion of said injection wheel which is found in the flame tube.
  • said injector is disposed through the upstream zone of the rear wall of the flame tube, said injection wheel is bent at its periphery, downstream of the assembly of combustion, so as to have an annular rim, this annular flange is pierced with several radial injection ports and said injector opens into the flame tube opposite the rear face of the annular peripheral portion of said injection wheel which is found in the flame tube.
  • said injection wheel is solid and has a radial annular surface for receiving the fuel which protrudes into the flame tube and the injector opens into the flame tube, opposite of this annular face of receiving the fuel.
  • the injector is oriented so as to project the fuel tangentially on said fuel receiving face of the injection wheel.
  • the fuel receiving face of the injection wheel forms an angle ⁇ with the axis of the injection orifice of the injector, this angle (a) being between 90 ° and 180 ° .
  • the axis of the injection orifice of the injector extends in a plane which both includes the axis of the injection wheel and is perpendicular to the median plane of the wheel perpendicular to the axis of the injection wheel.
  • the axis of the injection orifice of the injector is not perpendicular to the median plane of the wheel perpendicular to the axis of the injection wheel. 'injection.
  • the invention also relates to a turbomachine comprising a combustion assembly as mentioned above.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a combustion assembly according to an embodiment of the prior art
  • FIGS. 2 and 3 are diagrammatic views, in longitudinal section, of two embodiments of a combustion assembly of a turbomachine according to the invention
  • FIG. 4 is a schematic view of the combustion assembly, taken along a sectional plane represented by the line IV-IV in FIG.
  • FIG. 2 is a diagram of a combustion assembly 20 which is simplified with respect to that of Figure 1, since it represents only the flame tube and the injection assembly.
  • the flame tube 21 comprises a bottom 22 (or inner side of the flame tube), a front wall 23 and a rear wall 24.
  • the bottom 22 connects the front wall 23 and the rear wall 24.
  • the flame tube 21 is annular and extends around the longitudinal axis X-X 'of the combustion assembly 20.
  • the bottom 22 is pierced with an opening 25 allowing the passage of a portion of the injection wheel 26 inside the flame tube 21. in other words, the injection wheel 26 is partly protruded in the bottom of the flame tube 21.
  • the front wall 23 has an upstream zone 230, facing upstream of the combustion assembly and the turbomachine (on the left in FIG. 2), pierced with a plurality of air inlet orifices 27, facing the primary combustion zone 28 of the flame tube.
  • the rear wall 24 has an upstream zone 240, facing upstream of the combustion assembly and the turbomachine, pierced with a plurality of air inlet orifices 29, opposite the zone primary combustion 28 of the flame tube.
  • the injection wheel 26 is rotated by the drive shaft 30, coaxial with the longitudinal axis X-X '. It has a front face 31, facing upstream of the combustion assembly and an opposite rear face 32, facing downstream.
  • This injection wheel 26 is bent at its periphery, so as to define an annular peripheral rim 33, pierced, preferably at regular intervals, by slots 34 oriented radially with respect to the longitudinal axis XX 'of the assembly. 20.
  • These lights 34 may be orifices or slots.
  • the injection wheel 26 penetrates further inside the flame tube 21 since not only is its annular peripheral rim 33 therein in full, but also an annular peripheral portion 260 of the disk which constitutes the wheel 26. This annular portion 260 is located in the extension of the rim 33.
  • the inner face of the annular flange 33 is thus at a distance D1 from the bottom 22 of the flame tube 21 which is itself facing the drive shaft 30.
  • the combustion assembly also comprises one or more injectors 35, only one of which is visible in FIG. 2.
  • This injector 35 is connected to a fuel supply tube 36 itself connected to a fuel source not shown in the figure.
  • the injector 35 has an injection orifice 37.
  • the injector 35 is arranged to pass through the front wall 23 of the flame tube 21, preferably its upstream zone 230, through which the air inlet orifices are formed. 27.
  • this injector 35 is arranged in such a way that its injection orifice 37 opens inside the flame tube 21.
  • the distance D1 is sufficient to allow the passage of the fuel jet coming from the injection end 37 of the injector 35.
  • the operation of the injection is as follows.
  • the fuel from the injector 35 exits through the injection port 37 and is projected against the front face 31 of the portion 260 of the injection wheel 26, where it forms a film F of fuel.
  • flame tube facilitates disassembly.
  • its configuration will be adapted to provide for its extraction through this front wall 23.
  • the injection wheel 26 has a smaller diameter than that of the state of the art shown in FIG. 1, since the bottom 22 of the flame tube 21 can be arranged closer to the In this respect, it will be noted that FIGS. 1 and 2 are not shown on the same scale.
  • the injection wheel 26 being of smaller diameter, its mass is lower than that of a wheel of the state of the art and its mechanical strength is also improved.
  • the injection wheel bears the reference 41. It is rotated by the drive shaft 30.
  • peripheral rim 42 is flared, so as to define an annular radial face 43, preferably plane, for receiving the film F of fuel.
  • the injector 35 is arranged so that its injection orifice 37 faces this face 43.
  • the axis of the injection orifice 37 forms an angle ⁇ (alpha) with the fuel receiving face 43.
  • This angle a is advantageously between 90 ° and 180 °. When it is 180 °, the injection of fuel is tangent to the face 43.
  • the axis of the injection port 37 of an injector 35 extends in a plane P1 which is both perpendicular to P and which includes the axis of the drive shaft 30.
  • the plane P1 corresponds to the plane of the sheet of the figure and in Figure 4, the plane P1 is represented by a line in dashed lines.
  • this axis is referenced X1 - ⁇ .
  • the injector 35 is advantageously introduced less deeply into the flame tube 21 than in the embodiment of FIG. 2, since it is not necessary for its injection orifice to reach the area under the annular flange 33 of the injection wheel. It is sufficient that the injector allows the projection of fuel on the face 43. The disassembly of the injector 35 is thus facilitated.
  • the fuel film F undergoes the centrifugal force generated by the wheel 41 and is atomized in the form of fuel droplets G.
  • This embodiment of the invention allows to have an injection wheel 41 which has a structure of great simplicity and good mechanical strength, since it is not pierced by through holes. Its diameter is also smaller than in the state of the art, since the bottom 22 of the flame tube 21 can be brought closer to the drive shaft 30. Finally, the combustion is located substantially on one side of the wheel. injection 41, here on the left of Figure 3.
  • the injector 35 may be disposed through the rear wall 24 of the flame tube 21, preferably through its upstream zone 240.
  • the injection wheel 26 is made according to the embodiment of FIG. 2, its annular rim 33 is turned downstream of the combustion assembly 20 and the fuel injection is done on the rear face 32 of the wheel.
  • the flame tube 21 is made in several parts, assembled with a flange 50 which facilitates disassembly.

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Abstract

L'invention concerne un ensemble de combustion (20) de turbomachine, comprenant: -un tube à flamme (21) annulaire comprenant une paroi avant (23),une paroi arrière (24) et un fond (22) disposé en regard d'un arbre moteur (30), -une roue d'injection (41) entraînée en rotation par ledit arbre moteur (30),faisant saillie en partie dans le fond (22) du tube à flamme (21) et étant configurée pour pulvériser du carburant dans le tube à flamme par centrifugation, -au moins un injecteur (35), apte à déposer un film de carburant, sur ladite roue d'injection (41), Cet ensemble de combustion est remarquable en ce que ledit injecteur (35) est disposé au travers de ladite zone amont de la paroi avant (23) ou de la paroi arrière (24) du tube à flamme (21) et de façon que son orifice d'injection (37) débouche à l'intérieur de ce tube (21), en regard de la partie (43)de ladite roue d'injection (41)qui se trouve dans ledit tube à flamme (21).

Description

Ensemble de combustion de turbomachine
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
L'invention concerne le domaine des ensembles de combustion pour les turbomachines, et plus particulièrement les dispositifs d'injection de carburant dans la chambre de combustion de ces ensembles.
ETAT DE L'ART
Une turbomachine comprend généralement, d'amont en aval, dans le sens d'écoulement des gaz, une soufflante, un ou plusieurs étages de compresseurs, par exemple un compresseur haute pression et un compresseur basse pression, une chambre de combustion, un ou plusieurs étages de turbines, par exemple une turbine haute pression et une turbine basse pression, et une tuyère d'échappement des gaz.
La figure 1 jointe illustre de façon schématique, une vue en coupe longitudinale de l'ensemble de combustion 1 d'un mode de réalisation d'une turbomachine selon l'art antérieur.
L'ensemble de combustion 1 est en communication en amont, (à gauche sur la figure 1 ), avec un compresseur (non représenté), qui l'alimente en air sous pression par l'intermédiaire d'un diffuseur, et est connecté en aval, à un distributeur lui-même relié à une turbine haute pression (non représentés sur les figures).
L'ensemble de combustion 1 est délimité par un carter externe 2 et un carter interne 3 annulaires, s'étendant l'un à l'intérieur de l'autre selon un axe longitudinal X-X'.
L'ensemble de combustion 1 comprend un « tube à flamme » ou « chambre de combustion» 4 qui est le siège de la combustion des gaz.
Le tube à flamme 4 est agencé entre les deux carters externe 2 et interne 3 et est muni de parois de révolution avant 5 et arrière 6 qui s'étendent globalement l'une à l'intérieur de l'autre autour de l'axe longitudinal X-X'.
Les parois avant et arrière 5 et 6 présentent une forme annulaire coudée et sont reliées, en amont, au carter interne 3, de part et d'autre d'une roue d'injection centrifuge 7, et en aval, au carter externe 2 et au carter interne 3 respectivement. Ce type de tube à flamme est dit « annulaire » et s'étend autour de l'axe longitudinal X-X' de l'ensemble de combustion 1 .
Les parois avant et arrière 5 et 6 sont globalement ménagées à distance des carters externe et interne 2 et 3, de sorte à former un conduit annulaire d'alimentation en air 8 entourant le tube à flamme 4.
Le tube à flamme 4 comprend plusieurs zones successives de l'amont vers l'aval, à savoir une zone primaire 9 dans laquelle débouche la roue d'injection 7 et une zone intermédiaire 10 au niveau du coude du tube, dans laquelle se trouve plusieurs tuyaux de dilution 1 1.
L'air pénètre dans le tube à flamme 4 au travers d'une pluralité d'orifices d'entrée d'air 12 ménagés au travers de la paroi avant 5 et d'une pluralité d'orifices d'entrée d'air 13 ménagés au travers de la paroi arrière 6, et ce, en regard d'une partie de la zone primaire 9.
La roue d'injection centrifuge 7 est montée sur un arbre moteur 15, et est entraînée en rotation par celui-ci. L'arbre moteur 15 est coaxial à l'axe longitudinal X-X' de l'ensemble de combustion 1 .
L'ensemble de combustion 1 est en outre équipée d'une pluralité d'injecteurs 16, répartis régulièrement autour de l'arbre moteur 15. Ces injecteurs 16 sont disposés entre l'arbre moteur 15 et le carter interne 3 qui constitue également le fond (ou « côté interne ») du tube à flamme 4 (par rapport à l'axe longitudinal X-X').
Chaque injecteur 16 est disposé de façon à projeter du carburant axialement, (voir flèche i), parallèlement à l'axe longitudinal X-X', sur la face avant 17 de la roue d'injection 7, c'est-à-dire la face orientée vers l'amont de l'ensemble de combustion 1 .
Comme la roue d'injection 7 est entraînée en rotation, le film de carburant qui arrive au contact de la face avant 17 est soumis à la force centrifuge et se déplace vers l'extérieur de la roue radialement, (voir flèche j).
Le rebord périphérique annulaire 18 de la roue 7 est percé à intervalles réguliers, de plusieurs lumières 19 orientées radialement.
Le carburant soumis à la force centrifuge traverse les lumières 19 et se trouve projeté radialement relativement à l'arbre moteur 15, dans le tube à flamme 4 (flèche k) et est atomisé en très fines gouttelettes, ce qui favorise son mélange avec l'air comprimé qui s'y trouve. Ce type d'ensemble de combustion à roue d'injection centrifuge présente de nombreux avantages, notamment pour les petits moteurs, tels que les moteurs d'hélicoptères. Ces avantages sont les suivants :
il n'est pas nécessaire d'avoir un type d'injecteur privilégié,
- ces injecteurs sont peu sensibles à la viscosité du carburant, elle-même liée au type de carburant ou à la température ambiante,
le carter de la turbine est d'une structure simple et de faible masse et en conséquence de faible coût,
il est possible d'obtenir un compromis entre les émissions de monoxyde d'azote (NOx) d'une part, et les émissions de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrocarbures imbrûlés (HC) d'autre part, qui est tel que ces émissions sont parmi les plus faibles de tous les systèmes de combustion aéronautiques.
Toutefois, ce type d'ensemble de combustion présente également des inconvénients, liés à la position des injecteurs, qui sont placés sous le tube à flamme, à proximité de l'arbre moteur et donc vers l'intérieur de l'ensemble de combustion. Or, les turbomachines sont utilisées avec des cycles de montée en température de plus en plus élevés pour réduire leur consommation spécifique, ce qui provoque une cokéfaction (c'est-à-dire une solidification) du carburant. Il est donc nécessaire de nettoyer de plus en plus fréquemment le système d'injection et les nombreux joints labyrinthe disposés autour, afin d'éviter des disfonctionnements (tels que par exemple le blocage de l'arbre par le carburant solidifié ("coke"), l'usure prématurée des parties chaudes à cause d'une mauvaise distribution du carburant, ou le non-démarrage du moteur à cause du blocage de l'arrivée du carburant).
Il est alors nécessaire de démonter une grande partie de la turbomachine (et donc d'effectuer une dépose du moteur de l'hélicoptère) pour pouvoir accéder aux injecteurs situés en position centrale, les nettoyer et/ou les remplacer et accéder aux joints labyrinthe disposés à proximité de la roue d'injection. Il n'est en effet pas possible de changer l'injecteur lorsque le moteur est en place, ce qui entraine des manipulations et des frais supplémentaires et augmente la période d'immobilisation de l'hélicoptère.
En outre, dans l'ensemble de combustion tel que celui représenté sur la figure 1 , le diamètre de la roue d'injection est important, puisqu'il est nécessaire de laisser une place suffisante entre l'arbre moteur 15 et le bord de la roue 7, pour disposer les injecteurs 16. Il en résulte que cette roue d'injection présente une masse importante et qu'elle est soumise à de fortes contraintes dues à la vitesse de rotation.
Le document US 4 040 251 décrit un ensemble de combustion du type précité, dans lequel l'injecteur et son tube d'alimentation sont disposés dans l'épaisseur du carter interne et du fond du tube à flamme. L'orifice de pulvérisation de l'injecteur débouche dans l'ouverture ménagée dans le fond pour le passage de la roue d'injection.
Comme pour l'ensemble de combustion décrit précédemment, l'accès à l'injecteur est difficile et sa maintenance est donc complexe et coûteuse.
PRESENTATION DE L'INVENTION
L'invention a pour but de fournir un ensemble de combustion du type précité, qui conserve les avantages précités, mais qui résolve les inconvénients évoqués ci-dessus.
L'invention a notamment pour but de proposer un ensemble de combustion dans lequel le ou les injecteurs de la torche à flamme soient aisément démontables, sans qu'il soit nécessaire de démonter l'ensemble de la turbomachine et de la déposer de la cellule de l'hélicoptère.
A cet effet, l'invention concerne un ensemble de combustion de turbomachine, comprenant :
un tube à flamme annulaire, comprenant une paroi avant munie d'une zone amont orientée vers l'amont de l'ensemble de combustion, une paroi arrière munie d'une zone amont orientée vers l'amont de l'ensemble de combustion et un fond disposé en regard d'un arbre moteur,
une roue d'injection entraînée en rotation par ledit arbre moteur coaxial à l'axe longitudinal X-X' de l'ensemble de combustion, cette roue d'injection faisant saillie en partie dans le tube à flamme au travers de son fond, et étant configurée pour pulvériser du carburant dans le tube à flamme par centrifugation,
au moins un injecteur, apte à déposer un film de carburant, sur ladite roue d'injection.
Conformément à l'invention, ledit injecteur est disposé au travers de ladite zone amont de la paroi avant ou au travers de ladite zone amont de la paroi arrière du tube à flamme et de façon que son orifice d'injection débouche à l'intérieur de ce tube, en regard de la partie de ladite roue d'injection qui se trouve dans ledit tube à flamme.
Grâce à ces caractéristiques de l'invention, il est beaucoup plus facile de démonter les injecteurs, puisqu'il n'est plus nécessaire d'avoir accès à la zone située entre le fond du tube à flamme et l'arbre d'entraînement de la roue d'injection. Ce démontage peut être effectué sur le lieu où se trouve l'appareil (par exemple l'hélicoptère) équipé de cet ensemble de combustion.
De façon avantageuse et selon une première variante de réalisation, ledit injecteur est disposé au travers de la zone amont de la paroi avant du tube à flamme, ladite roue d'injection est recourbée à sa périphérie, vers l'amont de l'ensemble de combustion, de façon à présenter un rebord annulaire, ce rebord annulaire est percé de plusieurs lumières radiales d'injection et ledit injecteur débouche dans le tube à flamme en regard de la face avant de la portion périphérique annulaire de ladite roue d'injection qui se trouve dans le tube à flamme.
De façon avantageuse et selon une autre variante de réalisation, ledit injecteur est disposé au travers de la zone amont de la paroi arrière du tube à flamme, ladite roue d'injection est recourbée à sa périphérie, vers l'aval de l'ensemble de combustion, de façon à présenter un rebord annulaire, ce rebord annulaire est percé de plusieurs lumières radiales d'injection et ledit injecteur débouche dans le tube à flamme en regard de la face arrière de la portion périphérique annulaire de ladite roue d'injection qui se trouve dans le tube à flamme.
De façon avantageuse et selon encore une autre variante de réalisation, ladite roue d'injection est pleine et présente une face radiale annulaire de réception du carburant qui fait saillie dans le tube à flamme et l'injecteur débouche dans le tube à flamme, en regard de cette face annulaire de réception du carburant.
Dans ce cas de préférence, l'injecteur est orienté de façon à projeter le carburant tangentiellement sur ladite face de réception du carburant de la roue d'injection.
Il est également possible que la face de réception du carburant de la roue d'injection forme un angle a avec l'axe de l'orifice d'injection de l'injecteur, cet angle (a) étant compris entre 90° et 180° .
Selon une première variante, dans l'ensemble de combustion selon l'invention, l'axe de l'orifice d'injection de l'injecteur s'étend dans un plan qui à la fois inclut l'axe de la roue d'injection et est perpendiculaire au plan médian de la roue perpendiculaire à l'axe de la roue d'injection.
Selon une seconde variante, dans l'ensemble de combustion selon l'invention, l'axe de l'orifice d'injection de l'injecteur n'est pas perpendiculaire au plan médian de la roue perpendiculaire à l'axe de la roue d'injection.
L'invention concerne également une turbomachine comprenant un ensemble de combustion tel que précité.
PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui va maintenant en être faite, en référence aux dessins annexés, qui en représentent, à titre indicatif mais non limitatif, différents modes de réalisation possibles.
Sur ces dessins :
la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un ensemble de combustion selon un mode de réalisation de l'art antérieur,
les figures 2 et 3 sont des vues schématiques, en coupe longitudinale de deux modes de réalisation d'un ensemble de combustion d'une turbomachine conforme à l'invention,
la figure 4 est une vue schématique de l'ensemble de combustion, prise selon un plan de coupe matérialisé par la ligne IV-IV en figure 3.
DESCRIPTION DETAILLEE
Un premier mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en liaison avec la figure 2.
Cette figure 2 est un schéma d'un ensemble de combustion 20 qui est simplifié par rapport à celui de la figure 1 , puisqu'il ne représente que le tube à flamme et l'ensemble d'injection.
Le tube à flamme 21 comprend un fond 22( ou côté interne du tube à flamme), une paroi avant 23 et une paroi arrière 24. Le fond 22 relie la paroi avant 23 et la paroi arrière 24.
Comme pour l'ensemble de combustion 1 précédent, le tube à flamme 21 est annulaire et s'étend autour de l'axe longitudinal X-X' de l'ensemble de combustion 20.
Le fond 22 est percé d'une ouverture 25 permettant le passage d'une partie de la roue d'injection 26 à l'intérieur du tube à flamme 21. En d'autres termes, la roue d'injection 26 fait en partie saillie dans le fond du tube à flamme 21 .
La paroi avant 23 présente une zone amont 230, orientée vers l'amont de l'ensemble de combustion et de la turbomachine (à gauche sur la figure 2), percée d'une pluralité d'orifices d'entrée d'air 27, en regard de la zone de combustion primaire 28 du tube à flamme.
De même, la paroi arrière 24 présente une zone amont 240, orientée vers l'amont de l'ensemble de combustion et de la turbomachine, percée d'une pluralité d'orifices d'entrée d'air 29, en regard de la zone de combustion primaire 28 du tube à flamme.
La roue d'injection 26 est entraînée en rotation par l'arbre moteur 30, coaxial à l'axe longitudinal X-X'. Elle présente une face avant 31 , orientée vers l'amont de l'ensemble de combustion et une face arrière opposée 32, orientée vers l'aval.
Cette roue d'injection 26 est recourbée à sa périphérie, de façon à définir un rebord périphérique annulaire 33, percé, de préférence à intervalles réguliers, par des lumières 34 orientées radialement par rapport à l'axe longitudinal X-X' de l'ensemble de combustion 20. Ces lumières 34 peuvent être des orifices ou des fentes.
Comparativement à la roue d'injection 7 de l'état de la technique
(voir figure 1 ), on notera que la roue d'injection 26 pénètre ici davantage à l'intérieur du tube à flamme 21 puisque non seulement son rebord périphérique annulaire 33 s'y trouve intégralement, mais également une portion périphérique annulaire 260 du disque qui constitue la roue 26. Cette portion annulaire 260 est située dans le prolongement du rebord 33.
La face intérieure du rebord annulaire 33 se trouve ainsi à une distance D1 du fond 22 du tube à flamme 21 qui est lui-même en regard de l'arbre moteur 30.
L'ensemble de combustion comprend également un ou plusieurs injecteurs 35, dont un seul est visible sur la figure 2.
Cet injecteur 35 est relié à un tube 36 d'alimentation en carburant lui-même raccordé à une source de carburant non représentée sur la figure.
L'injecteur 35 présente un orifice d'injection 37.
Contrairement à l'état de la technique, l'injecteur 35 est disposé de façon à traverser la paroi avant 23 du tube à flamme 21 , de préférence sa zone amont 230, au travers de laquelle sont ménagés les orifices d'entrée d'air 27. En outre, cet injecteur 35 est disposé de façon à ce que son orifice d'injection 37 débouche à l'intérieur du tube à flamme 21.
A cet effet, on notera que la distance D1 est suffisante pour permettre le passage du jet de carburant issu de l'extrémité d'injection 37 de l'injecteur 35.
Le fonctionnement de l'injection est le suivant. Le carburant issu de l'injecteur 35 sort par l'orifice d'injection 37 et est projeté contre la face avant 31 de la portion 260 de la roue d'injection 26, où il forme un film F de carburant.
Sous l'action de la force centrifuge, due à la rotation de la roue d'injection 26, le film de carburant se déplace vers la périphérie de la roue et traverse les lumières 34, ce qui a pour effet, au contact de l'air entourant la roue, de pulvériser ou d'atomiser le carburant en très fines gouttelettes G, distribuées à l'intérieur du tube à flamme 21.
Le fait que l'injecteur 31 soit disposé au travers de la paroi avant
23 du tube à flamme facilite son démontage. De préférence, sa configuration sera adaptée de façon à prévoir son extraction au travers de cette paroi avant 23.
De façon avantageuse également, on notera que la roue d'injection 26 présente un diamètre plus faible que celle de l'état de la technique représentée sur la figure 1 , puisque le fond 22 du tube à flamme 21 peut être disposé plus près de l'arbre moteur 30. On notera à cet égard que les figures 1 et 2 ne sont pas représentées à la même échelle.
La roue d'injection 26 étant de plus petit diamètre, sa masse est plus faible que celle d'une roue de l'état de la technique et sa tenue mécanique s'en trouve également améliorée.
Un autre mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit en liaison avec la figure 3. Les mêmes éléments portent les mêmes références numériques et ne seront pas décrits de nouveau en détail.
La roue d'injection porte la référence 41. Elle est entraînée en rotation par l'arbre moteur 30.
Elle diffère de la roue d'injection 26 en ce qu'elle est pleine, c'est-à-dire qu'elle n'est pas percée de lumières d'injection 34. Son rebord périphérique 42 est évasé, de façon à définir une face radiale 43 annulaire, de préférence plane, de réception du film F de carburant. L'injecteur 35 est disposé de façon que son orifice d'injection 37 soit en regard de cette face 43.
L'axe de l'orifice d'injection 37 forme un angle a (alpha) avec la face de réception de carburant 43. Cet angle a est avantageusement compris entre 90° et 180° . Lorsqu'il est de 180° , l'injection de carburant se fait de façon tangente à la face 43.
On notera également que, dans ce cas, si l'on considère le plan P médian de la roue (41 ) perpendiculaire à l'axe de l'arbre moteur 30 entraînant cette roue, alors l'axe de l'orifice d'injection 37 d'un injecteur 35 s'étend dans un plan P1 qui est à la fois perpendiculaire à P et qui inclut l'axe de l'arbre moteur 30. Sur la figure 3, le plan P1 correspond au plan de la feuille de la figure et sur la figure 4, le plan P1 est représenté par une droite en traits pointillés.
Toutefois, il est également possible d'orienter l'axe de l'orifice d'injection 37 de façon qu'il ne soit pas perpendiculaire à P. En d'autres termes, cet axe fait alors saillie ou s'écarte du plan P1 correspondant au plan de la figure 3. Sur la figure 4, cet axe est référencé X1 -ΧΊ .
Dans ce mode de réalisation, on notera que l'injecteur 35 est avantageusement introduit moins profondément dans le tube à flamme 21 que dans le mode de réalisation de la figure 2, puisqu'il n'est pas nécessaire que son orifice d'injection atteigne la zone située sous le rebord annulaire 33 de la roue d'injection. Il suffit que l'injecteur permette la projection de carburant sur la face 43. Le démontage de l'injecteur 35 s'en trouve donc facilité.
De même que précédemment, le film de carburant F subit la force centrifuge générée par la roue 41 et est atomisé sous la forme de gouttelettes de carburant G.
Ce mode de réalisation de l'invention permet d'avoir une roue d'injection 41 qui présente une structure d'une grande simplicité et une bonne robustesse mécanique, puisqu'elle n'est pas percée par des lumières traversantes. Son diamètre est également plus faible que dans l'état de la technique, puisque le fond 22 du tube à flamme 21 peut être rapproché de l'arbre moteur 30. Enfin, la combustion se situe sensiblement d'un seul côté de la roue d'injection 41 , ici sur la gauche de la figure 3.
Par ailleurs, on notera que des variantes de réalisation de l'invention sont possibles. Notamment, l'injecteur 35 peut être disposé au travers de la paroi arrière 24 du tube à flamme 21 , de préférence au travers de sa zone amont 240. Dans ce cas, et lorsque la roue d'injection 26 est réalisée selon le mode de réalisation de la figure 2, son rebord annulaire 33 est tourné vers l'aval de l'ensemble de combustion 20 et l'injection de carburant se fait sur la face arrière 32 de la roue.
Lorsque l'injecteur est disposé au travers de la paroi arrière 24 et que la roue d'injection 41 est conforme au mode de réalisation de la figure 3, alors sa face de réception 43 est orientée vers la paroi arrière 24.
Les différentes inclinaisons possibles de l'axe de l'orifice d'injection 37 et les différentes valeurs de l'angle a décrites précédemment s'appliquent également à cette variante de réalisation.
Enfin, selon une autre variante de réalisation, il est possible de prévoir que le tube à flamme 21 est réalisé en plusieurs parties, assemblées à l'aide d'une bride 50 qui facilite le démontage.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Ensemble de combustion (20) de turbomachine, comprenant :
un tube à flamme (21 ) annulaire, comprenant une paroi avant (23) munie d 'une zone amont (230) orientée vers l'amont de l'ensemble de combustion (20), une paroi arrière (24) munie d 'une zone amont (240), orientée vers l'amont de l'ensemble de combustion (20) et un fond (22) disposé en regard d 'un arbre moteur (30),
une roue d'injection (26, 41 ) entraînée en rotation par ledit arbre moteur (30) coaxial à l'axe longitudinal X-X' de l'ensemble de combustion (20), cette roue d 'injection (26, 41 ) faisant saillie en partie dans le tube à flamme (21 ) au travers de son fond (22) et étant configurée pour pulvériser du carburant dans le tube à flamme par centrifugation,
au moins un injecteur (35), apte à déposer un film de carburant, sur ladite roue d'injection (26, 41 ),
cet ensemble de combustion étant caractérisé en ce ledit injecteur (35) est disposé au travers de ladite zone amont (230) de la paroi avant (23) ou au travers de ladite zone amont (240) de la paroi arrière (24) du tube à flamme (21 ) et de façon que son orifice d'injection (37) débouche à l'intérieur de ce tube (21 ), en regard de la partie (260, 43) de ladite roue d'injection (26, 41 ) qui se trouve dans ledit tube à flamme (21 ).
2. Ensemble de combustion (20) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit injecteur (35) est disposé au travers de la zone amont (230) de la paroi avant (23) du tube à flamme (21 ), en ce que ladite roue d'injection (26) est recourbée à sa périphérie, vers l'amont de l'ensemble de combustion, de façon à présenter un rebord annulaire (33), en ce que ce rebord annulaire (33) est percé de plusieurs lumières (34) radiales d'injection et en ce que ledit injecteur (35) débouche dans le tube à flamme (21 ) en regard de la face avant (31 ) de la portion périphérique annulaire (260) de ladite roue d'injection qui se trouve dans le tube à flamme (21 ).
3. Ensemble de combustion selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit injecteur (35) est disposé au travers de la zone amont (240) de la paroi arrière (24) du tube à flamme (21 ),en ce que ladite roue d'injection (26) est recourbée à sa périphérie, vers l'aval de l'ensemble de combustion, de façon à présenter un rebord annulaire (33), en ce que ce rebord annulaire (33) est percé de plusieurs lumières radiales (34) d'injection et en ce que ledit injecteur (35) débouche dans le tube à flamme (21 ) en regard de la face arrière (32) de la portion périphérique annulaire (260) de ladite roue d'injection qui se trouve dans le tube à flamme (21 ).
4. Ensemble de combustion selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ladite roue d'injection (41 ) est pleine et présente une face radiale annulaire (43) de réception du carburant qui fait saillie dans le tube à flamme (21 ) et en ce que l'injecteur (35) débouche dans le tube à flamme (21 ), en regard de cette face annulaire (43) de réception du carburant.
5. Ensemble de combustion selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'injecteur (35) est orienté de façon à projeter le carburant tangentiellement sur ladite face (43) de réception du carburant de la roue d'injection.
6. Ensemble de combustion selon la revendication 4, caractérisé en ce que la face (43) de réception du carburant de la roue d 'injection (41 ) forme un angle a avec l'axe de l'orifice d'injection (37) de l'injecteur (35), cet angle (a) étant compris entre 90° et 180° .
7. Ensemble de combustion selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'axe de l'orifice d 'injection (37) de l'injecteur (35) s'étend dans un plan
(P1 ) qui à la fois inclut l'axe (30) de la roue d 'injection (41 ) et est perpendiculaire au plan médian (P) de la roue (41 ) perpendiculaire à l'axe de la roue d 'injection (41 ).
8. Ensemble de combustion selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'axe de l'orifice d 'injection (37) de l'injecteur (35) n'est pas perpendiculaire au plan médian (P) de la roue (41 ) perpendiculaire à l'axe de la roue d'injection (41 ).
9. Turbomachine comprenant un ensemble de combustion selon l'une des revendications précédentes.
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